CN111409868B - 气象卫星南北调头控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气象卫星南北调头控制方法及系统，所述方法包括如下步骤：步骤1：在进行偏航180°调头操作前对卫星进行整星管理；步骤2：选择调头时刻与转动方向，并对卫星进行偏航180°调头操作；步骤3：在偏航180°调头操作完成后对卫星进行整星管理；所述系统包括如下模块：模块1：在进行偏航180°调头操作前对卫星进行整星管理；模块2：选择调头时刻与转动方向，并对卫星进行偏航180°调头操作；模块3：在偏航180°调头操作完成后对卫星进行整星管理。与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明操作方便；本发明采用整星管理操作，使卫星总体设计和姿态控制保持高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及卫星在轨管理和操作控制领域，具体地，涉及一种气象卫星南北调头控制方法及系统，尤其是一种静止轨道三轴稳定气象卫星南北调头控制方法及系统。
背景技术
气象卫星遥感仪器上的红外探测器在低温下才能正常工作，而辐射制冷是以向黑冷空间辐射热量来制冷的被动式制冷装置，无振动、无功耗和无机械磨损，具有高可靠性、高稳定性和长寿命的优势，被广泛应用于空间飞行器红外遥感探测系统。我国的风云系列气象卫星所使用的制冷设备都是辐射制冷器。辐冷器有效地冷却了红外元件，使红外探测器获得满意的工作性能。
在地球同步静止轨道卫星上，辐射制冷器一般安装在卫星指向地球北极或南极的一面，这样辐射制冷器在夏至或冬至时段将会接受到阳光的直接照射。为避免直射阳光的影响一般采用两种方法：①卫星在春秋分点调头，辐射制冷器只需设置一斜角约为10°的地球屏，冷块辐射板对冷空间的视场大，制冷量主要取决于冷块的有效辐射面积；②卫星在春秋分点不调头，为减小直射阳光的影响，必须设置太阳屏，冷块对着冷空间的视场小，为提高制冷量，不仅要有足够大的冷块辐射面积，而且也增大了整个辐冷器体积。第一种方案增加卫星姿控要求，取决于卫星总体方案和卫星姿控技术的可靠程度。第二种方案对辐冷器研制带来很大难度，尤其当制冷量要求较大时，太阳屏的口径也较大，甚至难以加工成型，从而制约了辐射制冷器效率。
我国第二代静止轨道三轴稳定气象卫星采用卫星每年春分、秋分进行偏航180°南北调头的办法保证辐射制冷的性能，但对卫星姿态控制、太阳帆板驱动控制、天线指向和载荷扫描等一系列操作方法，对卫星总体设计和姿态控制提出很高可靠性要求，因此制定可靠可行的南北调头控制方法是十分必要。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。本发明适用于卫星偏航180°南北调头控制方法，制订了卫星姿态控制、太阳帆板驱动控制、天线指向和载荷扫描等操作方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种气象卫星南北调头控制方法及系统。
根据本发明提供的气象卫星南北调头控制方法，包括如下步骤：
步骤1：在进行偏航180°调头操作前对卫星进行整星管理；
步骤2：选择调头时刻与转动方向，并对卫星进行偏航180°调头操作；
步骤3：在偏航180°调头操作完成后对卫星进行整星管理。
优选地，所述步骤1包括如下步骤：
步骤1-1：载荷待机设置：设置载荷加电且不工作；
步骤1-2：姿态控制模式设置：设置卫星处于推力器喷气的姿态控制模式；
步骤1-3：太阳电池阵归零停转：设置太阳电池阵回到零位，并进行停转保持。
优选地，所步骤2包括如下步骤：
步骤2-1：选择调头时间；
步骤2-2：选择调头方向；
步骤2-3：卫星执行偏航180°调头。
优选地，所述步骤2-1中，调头时间根据任务需要将调头时间选择在春、秋分前后的日期，时刻选择在星下点地方时间中午十二点或午夜零时进行。
优选地，所述步骤2-2中，调头方向选择根据选择的调头时间确定，根据调头时间判断太阳位置，调头方向的选择原则是遵循卫星辐冷面和星敏不见太阳。
优选地，所述调头方向选择原则具体为：
当太阳在卫星飞行方向时，秋分时偏航180°调头操作时使卫星绕+Z轴正向转动，春分时偏航180°调头时使卫星绕+Z轴负向转动；
当太阳在卫星飞行反方向时，秋分时偏航180°调头操作时使卫星绕+Z轴负向转动，春分时偏航180°调头时使卫星绕+Z轴正向转动。
优选地，所述步骤2-3中，卫星偏航180°调头控制由地面遥控指令启动，使用推力器喷气姿态控制，姿态测量使用陀螺积分定姿，所述卫星偏航180°调头操作执行遵循最短路径原则：当选择绕+Z轴正向转动时，待卫星偏航角为正角度时再进行偏航180°调头操作；当选择绕+Z轴负向转动时，待卫星偏航角为负角度时再进行偏航180°调头操作。
优选地，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3-1：上注轨道参数：调头结束后由地面发送遥控指令上注轨道参数；
步骤3-2：太阳电池阵捕获跟踪太阳：待卫星偏航180°调头到位后，设置太阳电池阵捕获并跟踪太阳；
步骤3-3：姿态控制正常轮控模式：重新设置目标角动量，即设置动量轮的转速大小和方向；
步骤3-4：数传天线角度设置：重新设置数传天线的转动角度，使其对准地面接收站；
步骤3-5：载荷工作设置：对于载荷进行指令设置，并设置载荷使其正常工作。
根据本发明提供的气象卫星南北调头控制系统，包括如下模块：
模块1：在进行偏航180°调头操作前对卫星进行整星管理；
模块2：选择调头时刻与转动方向，并对卫星进行偏航180°调头操作；
模块3：在偏航180°调头操作完成后对卫星进行整星管理。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明操作方便，明采用整星管理操作，使卫星总体设计和姿态控制保持高可靠性。
2、本发明通过设置卫星姿态控制、太阳帆板驱动控制、天线指向和载荷扫描等操作流程保证安全可靠地执行。
3、本发明从卫星安全、操作简单、机动时间最短等方面出发，给出安全可靠地偏航机动控制操作方法，操作流程简单、安全可靠，提高业务运行效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明在秋分前后执行偏航180°反向调头的方法流程图；
图2为本发明在春分前后执行偏航180°反向调头的方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
本发明公开了一种气象卫星南北调头控制方法，具体包括以下步骤：调头时间选择；调头方向选择；调头前整星管理，包括载荷待机设置、姿态控制模式设置、太阳电池阵归零停转；卫星执行偏航180°调头；调头后整星管理，包括上注轨道参数、太阳电池阵捕获跟踪太阳、姿态控制正常轮控模式；数传天线角度设置；载荷工作设置。本发明适用于静止轨道卫星遥感卫星偏航机动调头控制的在轨操作过程，可避免在春分、秋分时太阳光照射辐冷面，同时在调头机动过程中避免载荷辐冷面受照。本发明从卫星安全、操作简单、机动时间最短等方面出发，给出安全可靠地偏航机动控制操作方法，操作流程简单、安全可靠，提高业务运行效率。
根据本发明提供的一种气象卫星南北调头控制方法，如图1-2所示，包括如下步骤：
步骤1：在进行偏航180°调头操作前对卫星进行整星管理；
步骤2：选择调头时刻与转动方向，并对卫星进行偏航180°调头操作；
步骤3：在偏航180°调头操作完成后对卫星进行整星管理。
所述步骤1包括如下步骤：
步骤1-1：载荷待机设置：卫星执行偏航180°调头过程中，设置载荷加电且不工作；
步骤1-2：姿态控制模式设置：设置卫星处于推力器喷气的姿态控制模式；卫星执行偏航180°调头前，为缩短姿态机动过程时间，需要使卫星处于推力器喷气的姿态控制模式，姿态基准使用陀螺积分、星敏或地敏的姿态数据；
步骤1-3：太阳电池阵归零停转：设置太阳电池阵回到零位，并进行停转保持；优选地，首先确认卫星星上蓄电池能源状态，能够满足30mim左右放电，为防止卫星执行偏航180°快速机动时，推力器工作与太阳电池阵耦合共振，设置太阳电池阵回到零位，并进行停转保持。
所步骤2包括如下步骤：
步骤2-1：选择调头时间；根据任务需要，一般在春秋分前后卫星星下点地方时的12点或午夜进行偏航180°调头；
步骤2-2：选择调头方向；根据确定的调头时刻，判断太阳位置，选择调头方向时应保证卫星+Y面(载荷辐冷面)不受照；
步骤2-3：卫星执行偏航180°调头，卫星偏航180°调头控制由地面遥控指令启动，使用推力器喷气姿态控制，姿态测量使用陀螺积分定姿；具体地，卫星偏航180°调头控制由遥控指令启动，机动过程中星上使用陀螺积分进行姿态角控制，使用推力器进行姿态控制和偏航机动，当偏航180°控制结束后，再引入光学敏感器测量；调头过程中停止陀螺相关性故障诊断和姿态超差故障诊断，包括不使用光学敏感器诊断陀螺故障。
所述步骤2-1中，调头时间根据任务需要将调头时间选择在春、秋分前后的日期，时刻选择在星下点地方时间中午十二点或午夜零时进行。所述步骤2-2中，调头方向选择根据选择的调头时间确定，根据调头时间判断太阳位置，调头方向的选择原则是遵循卫星辐冷面(载荷辐冷面，+Y面)和星敏不见太阳、机动角度尽可能小原则。所述调头方向选择原则具体为：当太阳在卫星飞行方向时，秋分时偏航180°调头操作时使卫星绕+Z轴正向转动，春分时偏航180°调头时使卫星绕+Z轴负向转动；当太阳在卫星飞行反方向时，秋分时偏航180°调头操作时使卫星绕+Z轴负向转动，春分时偏航180°调头时使卫星绕+Z轴正向转动。所述步骤2-3中，卫星偏航180°调头控制由地面遥控指令启动，使用推力器喷气姿态控制，姿态测量使用陀螺积分定姿，所述卫星偏航180°调头操作执行遵循最短路径原则：当选择绕+Z轴正向转动时，待卫星偏航角为正角度时再进行偏航180°调头操作；当选择绕+Z轴负向转动时，待卫星偏航角为负角度时再进行偏航180°调头操作。
所述步骤3包括如下步骤：
步骤3-1：上注轨道参数：调头结束后由地面发送遥控指令上注轨道参数；由于卫星执行偏航180°调头过程中使用推力器喷气进行姿态控制，会改变卫星轨道，调头结束后由地面发送遥控指令上注轨道参数；
步骤3-2：太阳电池阵捕获跟踪太阳：待卫星偏航180°调头到位后，设置太阳电池阵捕获并跟踪太阳；卫星偏航180°调头到位后，设置太阳电池阵捕获太阳，并星上闭环跟踪太阳，保证星上能源；
步骤3-3：姿态控制正常轮控模式：由于偏航180°调头前后，卫星所受外界干扰力矩方向发生变化(主要是太阳光压力矩)，动量轮的转速大小和方向都将发生变化，需要重新设置目标角动量，即设置动量轮的转速大小和方向；
步骤3-4：数传天线角度设置：一般静止轨道卫星的数传天线不自主跟踪地面接收站，偏航180°调头后数传天线需要重新设置转动角度使其对准地面接收站；
步骤3-5：载荷工作设置：偏航180°调头后，载荷扫描运动方向与调头前相反，需要进行指令设置，并遥控设置载荷正常工作。
根据本发明提供的一种气象卫星南北调头控制系统，包括如下模块：
模块1：在进行偏航180°调头操作前对卫星进行整星管理；
模块2：选择调头时刻与转动方向，并对卫星进行偏航180°调头操作；
模块3：在偏航180°调头操作完成后对卫星进行整星管理。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种气象卫星南北调头控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在进行偏航180°调头操作前对卫星进行整星管理；
步骤2：选择调头时刻与转动方向，并对卫星进行偏航180°调头操作；
步骤3：在偏航180°调头操作完成后对卫星进行整星管理；
所述步骤1包括如下步骤：
步骤1-1：载荷待机设置：设置载荷加电且不工作；
步骤1-2：姿态控制模式设置：设置卫星处于推力器喷气的姿态控制模式；
步骤1-3：太阳电池阵归零停转：设置太阳电池阵回到零位，并进行停转保持；
所步骤2包括如下步骤：
步骤2-1：选择调头时间；
步骤2-2：选择调头方向；
步骤2-3：卫星执行偏航180°调头；
所述步骤3包括如下步骤：
步骤3-1：上注轨道参数：调头结束后由地面发送遥控指令上注轨道参数；
步骤3-2：太阳电池阵捕获跟踪太阳：待卫星偏航180°调头到位后，设置太阳电池阵捕获并跟踪太阳；
步骤3-3：姿态控制正常轮控模式：重新设置目标角动量，即设置动量轮的转速大小和方向；
步骤3-4：数传天线角度设置：重新设置数传天线的转动角度，使其对准地面接收站；
步骤3-5：载荷工作设置：对于载荷进行指令设置，并设置载荷使其正常工作。
2.根据权利要求1所述的气象卫星南北调头控制方法，其特征在于，所述步骤2-1中，调头时间根据任务需要将调头时间选择在春、秋分前后的日期，时刻选择在星下点地方时间中午十二点或午夜零时进行。
3.根据权利要求1所述的气象卫星南北调头控制方法，其特征在于，所述步骤2-2中，调头方向选择根据选择的调头时间确定，根据调头时间判断太阳位置，调头方向的选择原则是遵循卫星辐冷面和星敏不见太阳。
4.根据权利要求3所述的气象卫星南北调头控制方法，其特征在于，所述调头方向选择原则具体为：
当太阳在卫星飞行方向时，秋分时偏航180°调头操作时使卫星绕+Z轴正向转动，春分时偏航180°调头时使卫星绕+Z轴负向转动；
当太阳在卫星飞行反方向时，秋分时偏航180°调头操作时使卫星绕+Z轴负向转动，春分时偏航180°调头时使卫星绕+Z轴正向转动。
5.根据权利要求1所述的气象卫星南北调头控制方法，其特征在于，所述步骤2-3中，卫星偏航180°调头控制由地面遥控指令启动，使用推力器喷气姿态控制，姿态测量使用陀螺积分定姿，所述卫星偏航180°调头操作执行遵循最短路径原则：当选择绕+Z轴正向转动时，待卫星偏航角为正角度时再进行偏航180°调头操作；当选择绕+Z轴负向转动时，待卫星偏航角为负角度时再进行偏航180°调头操作。
6.一种气象卫星南北调头控制系统，其特征在于，采用权利要求1所述的气象卫星南北调头控制方法，包括如下模块：
模块1：在进行偏航180°调头操作前对卫星进行整星管理；
模块2：选择调头时刻与转动方向，并对卫星进行偏航180°调头操作；
模块3：在偏航180°调头操作完成后对卫星进行整星管理。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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