CN113607155A - 多星组合体下敏感器智能复用方法及系统 - Google Patents

多星组合体下敏感器智能复用方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多星组合体下敏感器智能复用方法及系统，在多星上分别安装有多类敏感器，在多星独立工作状态下分别为对应单星的姿态测量提供姿态基准；在多星组合体状态下，根据在轨姿态需求和敏感器故障状态，智能选择多星上的敏感器，组成新的姿态测量基准。在多星组合体飞行状态下根据敏感器可用状态，综合利用多星的敏感器智能选择姿态测量基准，提高组合体状态下姿态测量系统可靠性。

Description

多星组合体下敏感器智能复用方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星领域，具体地，涉及一种多星组合体下敏感器智能复用方法及系统。
背景技术
上面级是一种能够将航天器从准地球轨道或地球轨道送入预定工作轨道或预定空间位置，且具有自主独立性的飞行器，能够完成轨道转移、空间部署等任务。但在上面级和航天器组合飞行阶段，组合体姿态的测量往往仅使用了上面级上的敏感器。如“上面级天文导航恒星视位置计算方法研究”(期刊论文，宇航总体技术，2018.5)，转移段的姿态基准仅为上面级上的天文导航系统。“多星发射上面级姿态变结构控制方法研究”(期刊论文，上海航天，2011)，姿态测量系统仅为上面级捷联惯组。若能联合使用上面级和航天器上的敏感器，可提高平台利用率，降低成本。
目前研究组合体控制的文献也均没有综合利用双星敏感器。如“一种组合体航天器姿态无模型的自适应控制方法和系统”(专利文献，CN108121204A)，控制对象为航天器捕获非合作目标后构成的组合体，但由于目标的非合作性，只能使用抓捕航天器上的敏感器为姿态测量基准。
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多星组合体下敏感器智能复用方法及系统。
根据本发明提供的一种多星组合体下敏感器智能复用方法，包括：
在多星上分别安装有多类敏感器，在多星独立工作状态下分别为对应单星的姿态测量提供姿态基准；
在多星组合体状态下，根据在轨姿态需求和敏感器故障状态，智能选择多星上的敏感器，组成新的姿态测量基准。
优选地，智能选择多星上的敏感器的选择条件包括：组合体状态下敏感器的视场遮挡情况、组合体飞行姿态下敏感器对太阳和地球的可见性、敏感器的故障状态。
优选地，所述新的姿态测量基准包括：单星的敏感器组成的姿态测量基准，或者交叉复用多星的敏感器组成的姿态测量基准。
优选地，在多星组合体状态下，姿态测量基准的优先顺序为：星敏感器+陀螺、单星敏感器、地球敏感器+数太+陀螺、地球敏感器+数太、地球敏感器+陀螺、数太+陀螺、单陀螺。
优选地，所述方法包括：
可用性分析步骤：分析星敏感器、数太、地球敏感器和陀螺的可用性；
智能选择步骤：
判断星敏感器是否可用，在星敏感器可用、陀螺可用的状态下，使用星敏感器+陀螺提供姿态测量基准，在星敏感器可用、陀螺不可用的状态下，使用星敏感器提供姿态测量基准；
在星敏感器不可用的状态下，判断数太、地球敏感器和陀螺是否均可用，在数太、地球敏感器和陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+数太+陀螺提供姿态测量基准；
在数太、地球敏感器和陀螺非均可用的状态下，判断地球敏感器+数太是否均可用，在地球敏感器+数太均可用的状态下，使用地球敏感器+数太提供姿态测量基准；
在地球敏感器+数太非均可用的状态下，判断地球敏感器+陀螺是否均可用，在地球敏感器+陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+陀螺提供姿态测量基准；
在地球敏感器+陀螺非均可用的状态下，判断数太+陀螺是否均可用，在数太+陀螺均可用的状态下，使用数太+陀螺提供姿态测量基准；
在数太+陀螺非均可用的状态下，判断陀螺是否可用，在陀螺可用的状态下，使用陀螺提供姿态测量基准。
根据本发明提供的一种多星组合体下敏感器智能复用系统，包括：
在多星上分别安装有多类敏感器，在多星独立工作状态下分别为对应单星的姿态测量提供姿态基准；
在多星组合体状态下，根据在轨姿态需求和敏感器故障状态，智能选择多星上的敏感器，组成新的姿态测量基准。
优选地，智能选择多星上的敏感器的选择条件包括：组合体状态下敏感器的视场遮挡情况、组合体飞行姿态下敏感器对太阳和地球的可见性、敏感器的故障状态。
优选地，所述新的姿态测量基准包括：单星的敏感器组成的姿态测量基准，或者交叉复用多星的敏感器组成的姿态测量基准。
优选地，在多星组合体状态下，姿态测量基准的优先顺序为：星敏感器+陀螺、单星敏感器、地球敏感器+数太+陀螺、地球敏感器+数太、地球敏感器+陀螺、数太+陀螺、单陀螺。
优选地，所述方法包括：
可用性分析模块：分析星敏感器、数太、地球敏感器和陀螺的可用性；
智能选择模块：
判断星敏感器是否可用，在星敏感器可用、陀螺可用的状态下，使用星敏感器+陀螺提供姿态测量基准，在星敏感器可用、陀螺不可用的状态下，使用星敏感器提供姿态测量基准；
在星敏感器不可用的状态下，判断数太、地球敏感器和陀螺是否均可用，在数太、地球敏感器和陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+数太+陀螺提供姿态测量基准；
在数太、地球敏感器和陀螺非均可用的状态下，判断地球敏感器+数太是否均可用，在地球敏感器+数太均可用的状态下，使用地球敏感器+数太提供姿态测量基准；
在地球敏感器+数太非均可用的状态下，判断地球敏感器+陀螺是否均可用，在地球敏感器+陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+陀螺提供姿态测量基准；
在地球敏感器+陀螺非均可用的状态下，判断数太+陀螺是否均可用，在数太+陀螺均可用的状态下，使用数太+陀螺提供姿态测量基准；
在数太+陀螺非均可用的状态下，判断陀螺是否可用，在陀螺可用的状态下，使用陀螺提供姿态测量基准。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明在多星组合体飞行状态下根据敏感器可用状态，综合利用多星的敏感器智能选择姿态测量基准，提高组合体状态下姿态测量系统可靠性。
当单星上的敏感器因多星组合导致部分敏感器视场被遮挡，或组合体飞行姿态下部分敏感器视场内见太阳或见地球导致敏感器不可用，或敏感器发生故障等情况下，可通过智能判断，优选多颗星上可用敏感器，组合成新的姿态测量基准，从而提高组合体姿态测量系统的可靠性。
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为本发明的智能选择流程图；
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。
本发明提供的一种多星组合体下敏感器智能复用方法，包括：
在多星上分别安装有多类敏感器，在多星独立工作状态下分别为对应单星的姿态测量提供姿态基准。在多星组合体状态下，根据在轨姿态需求和敏感器故障状态，智能选择多星上的敏感器，组成新的姿态测量基准。
智能选择多星上的敏感器的选择条件包括：组合体状态下敏感器的视场遮挡情况、组合体飞行姿态下敏感器对太阳和地球的可见性、敏感器的故障状态。
新的姿态测量基准包括：单星的敏感器组成的姿态测量基准，或者交叉复用多星的敏感器组成的姿态测量基准。
在多星组合体状态下，姿态测量基准的优先顺序为：星敏感器+陀螺、单星敏感器、地球敏感器+数太+陀螺、地球敏感器+数太、地球敏感器+陀螺、数太+陀螺、单陀螺。
本发明的方法具体包括：
可用性分析步骤：分析星敏感器、数太、地球敏感器和陀螺的可用性。
智能选择步骤：
判断星敏感器是否可用，在星敏感器可用、陀螺可用的状态下，使用星敏感器+陀螺提供姿态测量基准，在星敏感器可用、陀螺不可用的状态下，使用星敏感器提供姿态测量基准。
在星敏感器不可用的状态下，判断数太、地球敏感器和陀螺是否均可用，在数太、地球敏感器和陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+数太+陀螺提供姿态测量基准。
在数太、地球敏感器和陀螺非均可用的状态下，判断地球敏感器+数太是否均可用，在地球敏感器+数太均可用的状态下，使用地球敏感器+数太提供姿态测量基准。
在地球敏感器+数太非均可用的状态下，判断地球敏感器+陀螺是否均可用，在地球敏感器+陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+陀螺提供姿态测量基准。
在地球敏感器+陀螺非均可用的状态下，判断数太+陀螺是否均可用，在数太+陀螺均可用的状态下，使用数太+陀螺提供姿态测量基准。
在数太+陀螺非均可用的状态下，判断陀螺是否可用，在陀螺可用的状态下，使用陀螺提供姿态测量基准。
实施例
1)两颗星各自安装了多类敏感器，可为双星独立工作时的姿态测量提供多种姿态基准。
两颗星均安装了星敏感器、数字太阳敏感器、地球敏感器和陀螺，具体台数如下表所示。
表1
Figure BDA0003159063850000051
在上述配置下，双星独立工作时可提供的姿态测量基准包括7种，且每种测量基准又根据单机配置台数形成多种备份，如下表所示。
表2
Figure BDA0003159063850000052
2)在双星组合体状态下，根据在轨姿态需求和敏感器故障状态，智能选择双星上的各敏感器，组成新的姿态测量基准，具体流程如图1所示。
双星组合体飞行状态下，首先判断各敏感器的可用性，判断条件包括：
①组合体状态下，敏感器视场是否被遮挡；
②组合体飞行姿态下，敏感器是否见太阳或见地球；
③各敏感器的故障状态。
根据各敏感器可用标志，选择组合体上可用敏感器，组合新的姿态测量基准。如下表所示，假设其中部分敏感器不可用，则交叉利用双星敏感器，形成新的姿态基准。其中姿态测量基准的优先顺序为：星敏感器+陀螺、单星敏、地敏+数太+陀螺、地敏+数太、地敏+陀螺、数太+陀螺、单陀螺。
表3
Figure BDA0003159063850000061
由上表可知：姿态测量基准既包含双星独立工作时的姿态基准，又包含双星敏感器交叉组合形成的新姿态基准，如星敏1A+陀螺2A，综合使用了卫星1上的星敏A和卫星2上的陀螺A作为姿态基准；对于部分敏感器，既可为单星又可为组合体提供姿态测量信息，如星敏1A、地敏2等。
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及其各个装置、模块、单元以外，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及其各个装置、模块、单元以逻辑门、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功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元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功能的装置、模块、单元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装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
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 (10)

1.一种多星组合体下敏感器智能复用方法，其特征在于，包括：
在多星上分别安装有多类敏感器，在多星独立工作状态下分别为对应单星的姿态测量提供姿态基准；
在多星组合体状态下，根据在轨姿态需求和敏感器故障状态，智能选择多星上的敏感器，组成新的姿态测量基准。
2.根据权利要求1所述的多星组合体下敏感器智能复用方法，其特征在于，智能选择多星上的敏感器的选择条件包括：组合体状态下敏感器的视场遮挡情况、组合体飞行姿态下敏感器对太阳和地球的可见性、敏感器的故障状态。
3.根据权利要求1所述的多星组合体下敏感器智能复用方法，其特征在于，所述新的姿态测量基准包括：单星的敏感器组成的姿态测量基准，或者交叉复用多星的敏感器组成的姿态测量基准。
4.根据权利要求1所述的多星组合体下敏感器智能复用方法，其特征在于，在多星组合体状态下，姿态测量基准的优先顺序为：星敏感器+陀螺、单星敏感器、地球敏感器+数太+陀螺、地球敏感器+数太、地球敏感器+陀螺、数太+陀螺、单陀螺。
5.根据权利要求1所述的多星组合体下敏感器智能复用方法，其特征在于，所述方法包括：
可用性分析步骤：分析星敏感器、数太、地球敏感器和陀螺的可用性；
智能选择步骤：
判断星敏感器是否可用，在星敏感器可用、陀螺可用的状态下，使用星敏感器+陀螺提供姿态测量基准，在星敏感器可用、陀螺不可用的状态下，使用星敏感器提供姿态测量基准；
在星敏感器不可用的状态下，判断数太、地球敏感器和陀螺是否均可用，在数太、地球敏感器和陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+数太+陀螺提供姿态测量基准；
在数太、地球敏感器和陀螺非均可用的状态下，判断地球敏感器+数太是否均可用，在地球敏感器+数太均可用的状态下，使用地球敏感器+数太提供姿态测量基准；
在地球敏感器+数太非均可用的状态下，判断地球敏感器+陀螺是否均可用，在地球敏感器+陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+陀螺提供姿态测量基准；
在地球敏感器+陀螺非均可用的状态下，判断数太+陀螺是否均可用，在数太+陀螺均可用的状态下，使用数太+陀螺提供姿态测量基准；
在数太+陀螺非均可用的状态下，判断陀螺是否可用，在陀螺可用的状态下，使用陀螺提供姿态测量基准。
6.一种多星组合体下敏感器智能复用系统，其特征在于，包括：
在多星上分别安装有多类敏感器，在多星独立工作状态下分别为对应单星的姿态测量提供姿态基准；
在多星组合体状态下，根据在轨姿态需求和敏感器故障状态，智能选择多星上的敏感器，组成新的姿态测量基准。
7.根据权利要求6所述的多星组合体下敏感器智能复用系统，其特征在于，智能选择多星上的敏感器的选择条件包括：组合体状态下敏感器的视场遮挡情况、组合体飞行姿态下敏感器对太阳和地球的可见性、敏感器的故障状态。
8.根据权利要求6所述的多星组合体下敏感器智能复用系统，其特征在于，所述新的姿态测量基准包括：单星的敏感器组成的姿态测量基准，或者交叉复用多星的敏感器组成的姿态测量基准。
9.根据权利要求6所述的多星组合体下敏感器智能复用系统，其特征在于，在多星组合体状态下，姿态测量基准的优先顺序为：星敏感器+陀螺、单星敏感器、地球敏感器+数太+陀螺、地球敏感器+数太、地球敏感器+陀螺、数太+陀螺、单陀螺。
10.根据权利要求6所述的多星组合体下敏感器智能复用系统，其特征在于，所述方法包括：
可用性分析模块：分析星敏感器、数太、地球敏感器和陀螺的可用性；
智能选择模块：
判断星敏感器是否可用，在星敏感器可用、陀螺可用的状态下，使用星敏感器+陀螺提供姿态测量基准，在星敏感器可用、陀螺不可用的状态下，使用星敏感器提供姿态测量基准；
在星敏感器不可用的状态下，判断数太、地球敏感器和陀螺是否均可用，在数太、地球敏感器和陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+数太+陀螺提供姿态测量基准；
在数太、地球敏感器和陀螺非均可用的状态下，判断地球敏感器+数太是否均可用，在地球敏感器+数太均可用的状态下，使用地球敏感器+数太提供姿态测量基准；
在地球敏感器+数太非均可用的状态下，判断地球敏感器+陀螺是否均可用，在地球敏感器+陀螺均可用的状态下，使用地球敏感器+陀螺提供姿态测量基准；
在地球敏感器+陀螺非均可用的状态下，判断数太+陀螺是否均可用，在数太+陀螺均可用的状态下，使用数太+陀螺提供姿态测量基准；
在数太+陀螺非均可用的状态下，判断陀螺是否可用，在陀螺可用的状态下，使用陀螺提供姿态测量基准。
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