CN112287542B - 一种电推进器标定方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电推进器标定方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，第一推力方向和第二推力方向相反，第一时间与第二时间相同，待标定电推进器为微牛级电推进器；根据第一推力和第二推力对待标定电推进器进行标定，得到待标定电推进器的标定结果。上述方案根据待标定电推进器在相反推力方向持续点火相同时间产生的推力对待标定电推进器进行标定，实现了微牛级电推进器的在轨标定，有效剔除了各类摄动的影响，提高了测量结果的准确度，满足了微牛级电推进器的精度要求。

Description

一种电推进器标定方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及航天器技术领域，尤其涉及一种电推进器标定方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
电推进技术是一门通过引入电能来增加推进剂动能，以获得更高的喷气速度的空间推进技术，其比冲比传统的化学推进高出一个数量级，可以极大的降低航天器推进剂的携带量，近年来在高性能航天器上得到广泛应用。电推进器在轨应用时，由于在轨空间环境与地面环境差异，其地面试验与在轨工况无法完全一致，因此入轨初期需要先对电推进器的推力进行标定。
对于高轨道卫星(GEO)，一般采用毫牛级电推力器，目前可以采用单个推力器工作方式，利用姿控系统动量轮的角动量交换进行标定；或者也可以通过电推力器工作一段时间引起的轨道变化，来对电推力器推力进行标定。
上述两种标定方式对于毫牛级的电推力器有较好的标定精度，但是对于微纳卫星，由于其采用的电推力器为微牛级电推力器，这种电推力器的推力极小，现有的标定方式无法满足其微牛级的精度需求。
发明内容
本发明实施例提供一种电推进器标定方法、装置、设备及存储介质，可以对微牛级的电推力器进行标定，满足其精度要求。
第一方面，本发明实施例提供了一种电推进器标定方法，包括：
确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器；
根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电推进器标定装置，包括：
推力确定模块，用于确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同；
标定模块，用于根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
定位模块，用于确定卫星的高度；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时实现如第一方面所述的电推进器标定方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的电推进器标定方法。
本发明实施例提供一种电推进器标定方法、装置、设备及存储介质，通过确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器；根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果。上述方案根据待标定电推进器在相反推力方向持续点火相同时间产生的推力对待标定电推进器进行标定，实现了微牛级电推进器的在轨标定，有效剔除了各类摄动的影响，提高了测量结果的准确度，满足了微牛级电推进器的精度要求。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种电推进器标定的流程图；
图2为本发明实施例二提供的一种电推进器标定方法的流程图；
图3为本发明实施例三提供的一种电推进器标定装置的结构图；
图4为本发明实施例四提供的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种电推进器标定的流程图，本实施例可适用于对电推进器进行标定的情况，尤其是对微牛级的电推进器进行标定，可以满足其微牛级的精度要求。该方法可以由电推进器标定装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现，并可集成在电子设备中，该电子设备可以是具备数据处理功能的智能设备，参考图1，该方法可以包括如下步骤：
S110、确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力。
其中，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器。待标定电推进器用于为卫星提供推力使其按照设定轨道运行，该卫星可以是微纳卫星，即质量小于10千克、具有实际使用功能的卫星，这种卫星的体积小，一般采用微牛级的电推进器为其提供推力，对精度要求较高。本实施例即对微牛级的电推进器进行标定，以满足其精度要求。
可选的，可以基于卫星所在的轨道构建轨道坐标系，并选取卫星的运行轨道为X轴。待标定电推进器的推力方向与卫星沿轨道运行的方向相同，即待标定电推进器的推力方向为X轴方向。本实施例中第一推力方向可以是X轴的正向，也可以是X轴的负向，当第一推力方向为X轴正向时，表示卫星沿X轴正向运行，当第一推力方向为X轴负向时，表示卫星沿X轴负向运行。本实施例中第二推力方向可以是与第一推力方向相反的方向，例如第一推力方向为X轴正向时，第二推力方向可以是X轴负向；第一推力方向为X轴负向时，第二推力方向可以是X轴正向。这样设置的好处是可以消除摄动力和噪声对卫星的影响，提高标定结果的准确度。摄动力可以包括其他天体引力、大气阻力和太阳辐射压力等。
第一时间和第二时间分别为待标定电推进器沿第一推力方向和第二推力方向持续点火的时间，本实施例中第一时间和第二时间相同。可选的，可以对卫星执行标准推力，使其从标称高度的轨道下降设定高度，确定该卫星在标准推力的作用下下降设定高度时电推进器的理论点火时间，并将该理论点火时间记为第一时间，也即第二时间。设定高度的大小可以视情况确定，例如可以设置为1000米。可选的，可以确定卫星沿第一推力方向运行第一时间后到达的第一轨道高度和运行之前对应的初始轨道高度，根据第一轨道高度和初始轨道高度确定卫星沿第一推力方向运行第一时间的第一运行距离，根据第一运行距离和第一时间间接确定第一推力。卫星所在的轨道高度可以通过定位模块如(GlobalPositioning System，GPS)实现。第二推力的确定过程类似。本实施例采用持续工作的方式使待标定电推进器沿不同推力方向持续点火一段时间，在测量卫星的轨道高度时可以有效降低GPS的测量误差，从而有效降低第一推力和第二推力的误差。
需要说明的是，本实施例的第一推力和第二推力为矢量，假定将卫星沿轨道上升的方向记为X轴正向，并设为第一推力方向，将卫星沿轨道下降的方向记为X轴负向，并设为第二推力方向，则第一推力为正值，第二推力为负值。
S120、根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果。
可选的，可以对第一推力和第二推力取平均，得到待标定电推进器的平均推力，将该平均推力作为待标定电推进器的标定值。相较于传统的基于短时间的电推进器工作以及单次测量方式，本实施例利用两次相反方向的测量方式，有效剔除了各类干扰因素，尤其是对于微牛级的推力，降低了GPS的测量误差，提高了标定结果的准确度，满足了其微牛级的精度要求。
本发明实施例一提供一种电推进器标定方法，通过确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器；根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果。该方法根据待标定电推进器在相反推力方向持续点火相同时间产生的推力对待标定电推进器进行标定，实现了微牛级电推进器的在轨标定，有效剔除了各类摄动的影响，提高了测量结果的准确度，满足了微牛级电推进器的精度要求。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种电推进器标定方法的流程图，本实施例是在上述实施例的基础上进行优化，参考图2，该方法可以包括如下步骤：
S210、确定所述待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间时，对应卫星的第一移动距离和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间时，所述对应卫星的第二移动距离。
第一移动距离可以是卫星在待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间运行的距离，可以根据待标定电推进器点火之前卫星所在的轨道高度和卫星沿第一推力方向运行第一时间后所在的轨道高度确定。第二移动距离的确定过程类似。
S220、根据第一推力公式结合所述第一移动距离和所述第一时间，确定所述第一推力以及根据第二推力公式结合所述第二移动距离和所述第二时间，确定所述第二推力。
可选的，第一推力公式可以包括：
Figure BDA0002748750910000071
其中，F1为第一推力，Δh1为第一移动距离，Δh1＝h2-h，h为卫星的初始高度，也即待标定电推进器点火之前卫星所在的轨道高度，h2为卫星在待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间后达到的轨道高度，r为地球半径，μ为引力常量，通常为3.986×1014m3/s2，T1为第一时间。通过上述公式即可确定第一推力。
类似的，第二推力公式可以包括：
Figure BDA0002748750910000072
其中，F2为第二推力，Δh2为第二移动距离，Δh2＝h3-h2，h3为卫星在待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间后达到的高度，h2为第一推力公式中卫星在待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间后达到的轨道高度，即本实施例的卫星在沿第一推力方向达到一定轨道高度后继续沿第二推力方向运行。T2为第二时间，本实施例中T1＝T2。通过上述公式即可确定第二推力。需要说明的是，第一推力F1和第二推力F2为矢量。
S230、根据预设标定值公式结合所述第一推力和所述第二推力，确定所述待标定电推进器的标定结果。
可选的，预设标定值公式可以包括：
F＝(F2-F1)/2
其中，F为待标定电推进器的标定结果。上述公式表示对两次测量得到的推力值取平均，得到平均推力，将平均推力作为待标定电推进器的标定结果。
本发明实施例二提供一种电推进器标定方法，在上述实施例的基础上，利用连续推力的双向轨道调整过程，对待标定电推进器进行标定，消除了各类干扰的影响，实现了微牛级电推进器的在轨标定，满足了其微牛级的精度要求，而且测量过程中无需增加专门的燃料消耗和测试时间，降低了成本，具有较强的实用价值。
上述电推进器标定方法不仅可以对微纳卫星的微牛级电推进器进行标定，还可以对大推力的微牛级电推进器进行标定。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种电推进器标定装置的结构图，该装置可以执行上述实施例所述的电推进器标定方法，参考图3，该装置可以包括：
推力确定模块31，用于确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器；
标定模块32，用于根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果。
本发明实施例三提供一种电推进器标定装置，通过确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器；根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果。该方法根据待标定电推进器在相反推力方向持续点火相同时间产生的推力对待标定电推进器进行标定，实现了微牛级电推进器的在轨标定，有效剔除了各类摄动的影响，提高了测量结果的准确度，满足了微牛级电推进器的精度要求。
在上述实施例的基础上，推力确定模块31，具体用于：
确定所述待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间时，对应卫星的第一移动距离和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间时，所述对应卫星的第二移动距离；
根据第一推力公式结合所述第一移动距离和所述第一时间，确定所述第一推力以及根据第二推力公式结合所述第二移动距离和所述第二时间，确定所述第二推力。
在上述实施例的基础上，所述第一推力公式包括：
Figure BDA0002748750910000091
其中，F1为第一推力，Δh1为第一移动距离，h为所述卫星的初始高度，h2为所述卫星在所述待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间后达到的高度，r为地球半径，μ为引力常量，T1为第一时间；
所述第二推力公式包括：
Figure BDA0002748750910000101
其中，F2为第二推力，Δh2为第二移动距离，h3为所述卫星在所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间后达到的高度，T2为第二时间。
在上述实施例的基础上，标定模块32，具体用于：
根据预设标定值公式结合所述第一推力和所述第二推力，确定所述待标定电推进器的标定结果；
所述预设标定值公式包括：
F＝(F2-F1)/2
其中，F为所述待标定电推进器的标定结果。
本发明实施例三提供的电推进器标定装置可以用于执行上述实施例提供的电推进器标定方法，具备相应的功能和有益效果。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种电子设备的结构图，该电子设备可以包括处理器41、存储器42、定位模块43、输入装置44和输出装置45，电子设备中处理器41的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器41为例，电子设备中的处理器41、存储器42、定位模块43、输入装置44和输出装置45可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
存储器42作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的电推进器标定方法对应的程序指令/模块。处理器41通过运行存储在存储器42中的软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例的电推进器标定方法。
存储器42主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器42可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器42可进一步包括相对于处理器41远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
定位模块43用于确定卫星的高度，本实施例中可以测量微纳卫星在待标定电推进器持续点火第一时间后对应的轨道高度。输入装置43可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置44可包括显示屏等显示设备、扬声器以及蜂鸣器等音频设备。
本发明实施例提供的电子设备与上述实施例提供的电推进器标定方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例具备执行电推进器标定方法相同的有益效果。
实施例五
本发明实施例五提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于执行电推进器标定方法，该方法包括：
确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器；
根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果。
本发明实施例的存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead Only Memory，EPROM)、闪存、光纤、便携式CD-ROM、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于：电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、无线电频率(Radio Frequency，RF)等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种电推进器标定方法，其特征在于，包括：
确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器；
根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果；
所述确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，包括：
确定所述待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间时，对应卫星的第一移动距离和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间时，所述对应卫星的第二移动距离；
根据第一推力公式结合所述第一移动距离和所述第一时间，确定所述第一推力以及根据第二推力公式结合所述第二移动距离和所述第二时间，确定所述第二推力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一推力公式包括：
Figure FDA0003058004940000011
其中，F1为第一推力，Δh1为第一移动距离，h为所述卫星的初始高度，h2为所述卫星在所述待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间后达到的高度，r为地球半径，μ为引力常量，T1为第一时间；
所述第二推力公式包括：
Figure FDA0003058004940000021
其中，F2为第二推力，Δh2为第二移动距离，h3为所述卫星在所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间后达到的高度，T2为第二时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果，包括：
根据预设标定值公式结合所述第一推力和所述第二推力，确定所述待标定电推进器的标定结果；
所述预设标定值公式包括：
F＝(F2-F1)/2
其中，F为所述待标定电推进器的标定结果。
4.一种电推进器标定装置，其特征在于，包括：
推力确定模块，用于确定待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间产生的第一推力和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间产生的第二推力，所述第一推力方向和所述第二推力方向相反，所述第一时间与所述第二时间相同，所述待标定电推进器为微牛级电推进器；
标定模块，用于根据所述第一推力和所述第二推力对所述待标定电推进器进行标定，得到所述待标定电推进器的标定结果；
所述推力确定模块，具体用于：
确定所述待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间时，对应卫星的第一移动距离和所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间时，所述对应卫星的第二移动距离；
根据第一推力公式结合所述第一移动距离和所述第一时间，确定所述第一推力以及根据第二推力公式结合所述第二移动距离和所述第二时间，确定所述第二推力。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一推力公式包括：
Figure FDA0003058004940000031
其中，F1为第一推力，Δh1为第一移动距离，h为所述卫星的初始高度，h2为所述卫星在所述待标定电推进器沿第一推力方向持续点火第一时间后达到的高度，r为地球半径，μ为引力常量，T1为第一时间；
所述第二推力公式包括：
Figure FDA0003058004940000032
其中，F2为第二推力，Δh2为第二移动距离，h3为所述卫星在所述待标定电推进器沿第二推力方向持续点火第二时间后达到的高度，T2为第二时间。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述标定模块，具体用于：
根据预设标定值公式结合所述第一推力和所述第二推力，确定所述待标定电推进器的标定结果；
所述预设标定值公式包括：
F＝(F2-F1)/2
其中，F为所述待标定电推进器的标定结果。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
定位模块，用于确定卫星的高度；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的电推进器标定方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一所述的电推进器标定方法。
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