CN113532427B - 一种基于位置规划的卫星转台路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于位置规划的卫星转台路径规划方法，通过对转台四个区间的位置轨迹分别规划，其中两个有效观测区间以系统要求的恒定速度运行，位置运行轨迹为固定斜率的直线；其余两个无效观测区间变速运行，位置运行轨迹分别为两段抛物线，共计六段位置轨迹规划。本发明通过规划两个变速区间的速度及加速度，从而可保证系统每个周期运行的时间能够严格保持一致，对地观测区间速度保持恒定。

Description

一种基于位置规划的卫星转台路径规划方法

技术领域

本发明涉及一种基于位置规划的卫星转台路径规划方法，属于转台伺服控制技术领域。

背景技术

随着航空航天领域各方面技术的快速发展，人们对空间领域的探测需求不断增加，探测的难度也在逐渐加大。在探测任务中，常用的探测方式通常是通过卫星或者飞船搭载不同的载荷，如雷达、天线、微波辐射计、光学仪器等。

通过控制卫星上搭载的伺服扫描机构其运行的转速、角度来调节雷达、光学仪器的姿态，从而实现准确的定位及对地观测。此外，由于空间伺服扫描机构通常执行的是周期性的扫描任务，在执行过程中，要求严格控制每个周期的扫描时间、扫描转速等，因此，在实现高质量的探测任务时，需要保证高响应、高精度、高稳定的驱动控制性能。

卫星转台在执行任务过程中是以固定的频率周期性地执行相同的运动轨迹，在每个完整的运动轨迹内，必须确保其在对地观测内的两段轨迹内的速度保持匀速，因此，本申请主要针对空间机构变速扫描任务的需求，根据卫星转台的不同的扫描方式，研究了系统路径规划算法，提出了一种基于位置规划的卫星转台路径规划方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于位置规划的卫星转台路径规划方法。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种基于位置规划的卫星转台路径规划方法，卫星转台执行任务过程中，以固定周期T重复执行相同的扫描任务，每个完整的执行周期为0°到360°，分为四个不同的执行区间；

其中两个执行区间为有效观测区间，卫星转台匀速运行，位置运行轨迹为固定斜率的直线；另外两个执行区间为无效观测区间，卫星转台变速运行，初始速度和结束速度为匀速区间的运行速度，位置运行轨迹为抛物线。

卫星转台在运动过程中，四个不同的执行区间分别为：第一区间：0°～θ₁，为有效区间，称为匀速区间Ⅰ，位置轨迹为固定斜率直线；第二区间：θ₁～θ₂，为无效区间，称为变速区间Ⅰ，位置轨迹为两段抛物线；第三区间：θ₂～θ₃，为有效区间，称为匀速区间Ⅱ，位置轨迹为固定斜率直线；第四区间：θ₃～360°，为无效区间，称为变速区间Ⅱ，位置轨迹为两段抛物线。

每个周期T内位置路径规划算法分为六段。

所述位置路径规划算法包括以下步骤：

①第一区间的位置为固定斜率直线轨迹，运行速度为v₁，执行时间t为

则第一区间的位置规划为：

②第二区间为无效区间，规划为两段位置轨迹运行，分别为凹抛物线轨迹和凸抛物线轨迹；

第一段位置轨迹凹抛物线，起始速度为v₁，加速度为a₁，加速时间为t₁，则第二区间第一段位置轨迹规划为：

第二区间第二段为凸抛物线轨迹，结束速度为v₂，减速度为a₂，减速时间为t₂，则第二区间减速段的位置轨迹规划为：

③第三区间的位置为固定斜率直线轨迹，运行速度为v₂，执行时间为t∈[(θ₁/v₁)+t₁+t₂,(θ₁/v₁)+t₁+t₂+((θ₃-θ₁-θ₂)/v₂))]，则第三区间的位置轨迹规划为：

④第四区间为变速区间，轨迹同样规划为两段位置轨迹运行，凹抛物线轨迹和凸抛物线轨迹；

第一段位置轨迹为凹抛物线，起始速度为v₂，加速度为a₃，加速时间为t₃，则第四区间的第一段位置轨迹规划为：

第四区间第二段为凸抛物线轨迹，结束速度为v₁，减速度为a₄，减速时间为t₄，则第四区间第二段位置轨迹规划为：

本发明的有益效果在于：通过规划两个变速区间的速度及加速度，从而可保证系统每个周期运行的时间能够严格保持一致，对地观测区间速度保持恒定。

附图说明

图1是本发明一个扫描时间周期T内的位置规划曲线；

图2是本发明一个扫描角度周期内的速度曲线。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

实施例1

如图1和图2所示，卫星转台执行任务过程中，以固定周期2.76ms重复执行相同的扫描任务；每个完整的执行周期为0°到360°，分为四个不同的执行区间；其中两个执行区间为有效观测区间，要求转台必须匀速运行；另外两个执行区间为无效观测区间，但初始速度和结束速度必须为匀速区间的执行速度；

其次，卫星转台在运动过程中四个不同的执行区间分别为：第一区间是0°到4°的范围，为有效区间，即匀速区间，速度为20°/s；第二区间是4°到108°的范围，为无效区间，即变速区间；第三区间是108°到240°的范围，为有效区间，即匀速区间，速度为66°/s；第四区间是240°到360°的范围，为无效区间，即变速区间。

最后，每个周期内位置路径规划算法分为六段，位置路径规划算法如下：

(1)第一区间的位置为固定斜率直线轨迹，运行速度为20°/s，执行时间为0.2s，则第一区间的位置轨迹规划为：

θ＝20t,t∈[0,0.2s]；

(2)第二区间为无效区间，规划为两段位置轨迹运行，凹抛物线轨迹和凸抛物线轨迹。第一段位置轨迹为凹抛物线，起始速度为20°/s，加速度为5426°/s²，加速时间为0.136s。则第二区间第一段位置轨迹规划为：

θ＝20*(t-0.2)+2713*(t-0.2)²+4,t∈(0.2,0.336]；

(3)第二区间第二段为凸抛物线轨迹，结束速度为66°/s，减速度为5661°/s²，减速时间为0.124s。则第二区间减速段的位置轨迹规划为：

θ＝108-66*(0.46-t)-2831*(0.46-t)²,t∈(0.336,0.46]；

(4)第三区间的位置为固定斜率直线轨迹，运行速度为66°/s，执行时间为t∈[0.46s,2.46s]，则第三区间的位置轨迹规划为：

θ＝66*(t-0.46)+108°,t∈(0.46s,2.46s]；

(5)第四区间为变速区间，轨迹同样规划为两段位置轨迹运行，凹抛物线轨迹和凸抛物线轨迹。第一段位置轨迹为凹抛物线，起始速度为66°/s，加速度为4943°/s²，加速时间为0.14s，则第四区间的第一段位置轨迹规划为：

θ＝240°+66*(t-2.46)+2472(t-2.46)²,t∈(2.46,2.6]；

(6)第四区间第二段为凸抛物线轨迹，结束速度为20°/s，减速度为4613°/s²，减速时间为0.16s。则第四区间第二段位置轨迹规划为：

θ＝360°-20*(2.76-t)-2307(2.76-t)²,t∈(2.6,2.76]。

Claims (1)

1.一种基于位置规划的卫星转台路径规划方法，其特征在于：卫星转台执行任务过程中，以固定周期T重复执行相同的扫描任务，每个完整的执行周期为0°到360°，分为四个不同的执行区间；

其中两个执行区间为有效观测区间，卫星转台匀速运行，位置运行轨迹为固定斜率的直线；另外两个执行区间为无效观测区间，卫星转台变速运行，初始速度和结束速度为匀速区间的运行速度，位置运行轨迹为抛物线；

卫星转台在运动过程中，四个不同的执行区间分别为：第一区间：0°～θ₁，为有效区间，称为匀速区间Ⅰ，位置轨迹为固定斜率直线；第二区间：θ₁～θ₂，为无效区间，称为变速区间Ⅰ，位置轨迹为两段抛物线；第三区间：θ₂～θ₃，为有效区间，称为匀速区间Ⅱ，位置轨迹为固定斜率直线；第四区间：θ₃～360°，为无效区间，称为变速区间Ⅱ，位置轨迹为两段抛物线；

每个周期T内位置路径规划算法分为六段；

所述位置路径规划算法包括以下步骤：

①第一区间的位置为固定斜率直线轨迹，运行速度为v₁，执行时间t为

则第一区间的位置轨迹规划为：

②第二区间为无效区间，规划为两段位置轨迹运行，分别为凹抛物线轨迹和凸抛物线轨迹；

第二区间的第一段位置为凹抛物线轨迹，起始速度为v₁，加速度为a₁，加速时间为t₁，则第二区间加速段的第一段位置轨迹规划为：

第二区间的第二段位置为凸抛物线轨迹，结束速度为v₂，减速度为a₂，减速时间为t₂，则第二区间减速段的第二段位置轨迹规划为：

③第三区间的位置为固定斜率直线轨迹，运行速度为v2，执行时间为t∈[(θ₁/v₁)+t₁+t₂，(θ₁/v₁)+t₁+t₂+((θ₃-θ₁-θ₂)/v₂)]，则第三区间的位置轨迹规划为：

④第四区间为变速区间，轨迹同样规划为两段位置轨迹运行，凹抛物线轨迹和凸抛物线轨迹；

第四区间的第一段位置为凹抛物线轨迹，起始速度为v₂，加速度为a₃，加速时间为t₃，则第四区间的第一段位置轨迹规划为：

第四区间的第二段位置为凸抛物线轨迹，结束速度为v₁，减速度为a₄，减速时间为t₄，则第四区间的第二段位置轨迹规划为：

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