CN116331524B - 一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法及装置，包括：获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量；构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式；基于地磁矢量、输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，其中，偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的；基于输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值；基于确定出的目标偏移角度值，确定目标卫星中磁力矩器的安装位置。这样，通过本技术方案，可提高磁力矩器的控制效率和可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及卫星技术领域，尤其是涉及一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法及装置。
背景技术
磁力矩器是卫星姿态控制的执行组件之一，通过控制通入磁力矩器的电流，可以控制磁力矩器所产生的磁矩的大小和方向，在轨运行中与地磁场相互作用，产生所需的控制力矩，实施姿态控制，包括入轨后星体初始转动的阻尼、动量轮卸载和三轴方向上的进动控制和章动阻尼。利用磁力矩器来控制卫星姿态的优点在于硬件简单、没有质量变化问题。相比喷气系统和动量轮，它的造价低、重量轻、功耗小、寿命长，且因为它没有活动部件，可靠性高。卫星会将其作为最小控制系统的首选。
现有磁力矩器的布局是在卫星星体上安装3个磁力矩器，分别沿卫星的三个轴正交安装，即磁力矩器平行星体三轴安装，即磁力矩器1正向与卫星本体X轴同向，磁力矩器2正向与卫星本体Y轴同向，磁力矩器3正向与卫星本体Z轴同向。对太阳同步轨道卫星，该布局当磁力矩器2（平行卫星Y轴安装的磁力矩器）故障失效后，卫星滚动和偏航方向的磁力矩控制效能将大大降低。因此沿卫星的三个轴正交安装的磁力矩器布局不适用于Y向磁力矩器失效的卫星的三轴姿态控制。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法及装置，通过引入地磁矢量等参数，确定出磁力矩器的最优安装位置，从而更好的对卫星的姿态进行控制。
本申请实施例提供了一种卫星上磁力矩器安装位置的确定方法所述确定方法包括：
获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量，其中，所述目标卫星为待安装有多个磁力矩器的卫星；
构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式，其中，所述输出磁矩的计算公式是根据多个磁力矩器通电后各自产生的磁矩构建的列矩阵所确定的；
基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，其中，所述偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的；
基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值；
基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置。
可选的，通过以下公式确定所述地磁矢量：
其中，为地磁矢量，N为地球磁偶极矩，R为卫星运行的轨道半径，/>为轨道面相对地磁赤道平面的夹角，/>为轨道角速度，/>为升交点相对地球赤道面和升交点相对地磁赤道面的夹角，t为卫星过近地点后时长。
可选的，所述基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，包括：
依次使用所述偏移矩阵、所述输出磁矩的计算公式以及所述地磁矢量相乘，将相乘后的公式确定为磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式。
可选的，所述旋转轴包括：滚动轴、俯仰轴以及偏航轴。
可选的，所述偏移矩阵为：
其中，为第一磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角。
可选的，所述输出磁矩的计算公式为：
其中，为输出磁矩，/>为第一磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第二磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第三磁力矩器通电后产生的磁矩。
可选的，所述基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，包括：
基于所述输出总力矩计算公式，每次对每个偏移角度进行任意赋值后，依次计算任意磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩，其中，每组偏移角度值对应多个初始输出总力矩，确定出多个力矩组；
对所述多个力矩组进行筛选，筛选出包括的多个初始输出总力矩均不为零的力矩组，得到多个目标力矩组；
分别将每个目标力矩组中的多个初始输出总力矩相加，得到多个目标输出总力矩；
将多个目标输出总力矩中的最大值确定为最优输出总力矩。
本申请实施例还提供了一种卫星磁力矩器安装位置的确定装置，所述确定装置包括：
获取模块，用于获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量，其中，所述目标卫星为待安装有多个磁力矩器的卫星；
第一构建模块，用于构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式，其中，所述输出磁矩的计算公式是根据多个磁力矩器通电后各自产生的磁矩构建的列矩阵所确定的；
第二构建模块，用于基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，其中，所述偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的；
第一确定模块，用于基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值；
第二确定模块，用于基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置。
可选的，所述确定装置还包括计算模块，所述计算模块用于通过以下公式确定所述地磁矢量：
其中，为地磁矢量，N为地球磁偶极矩，R为卫星运行的轨道半径，/>为轨道面相对地磁赤道平面的夹角，/>为轨道角速度，/>为升交点相对地球赤道面和升交点相对地磁赤道面的夹角，t为卫星过近地点后时长。
可选的，所述第二构建模块在用于基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式时，所述第二构建模块用于：
依次使用所述偏移矩阵、所述输出磁矩的计算公式以及所述地磁矢量相乘，将相乘后的公式确定为磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式。
可选的，所述旋转轴包括：滚动轴、俯仰轴以及偏航轴。
可选的，所述偏移矩阵为：
其中，为第一磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角。
可选的，所述输出磁矩的计算公式为：
其中，为输出磁矩，/>为第一磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第二磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第三磁力矩器通电后产生的磁矩。
可选的，所述第一确定模块在用于基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算时，所述第一确定模块用于：
基于所述输出总力矩计算公式，每次对每个偏移角度进行任意赋值后，依次计算任意磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩，其中，每组偏移角度值对应多个初始输出总力矩，确定出多个力矩组；
对所述多个力矩组进行筛选，筛选出包括的多个初始输出总力矩均不为零的力矩组，得到多个目标力矩组；
分别将每个目标力矩组中的多个初始输出总力矩相加，得到多个目标输出总力矩；
将多个目标输出总力矩中的最大值确定为最优输出总力矩。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的确定方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的确定方法的步骤。
本申请实施例提供的一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法及装置，所述确定方法包括：获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量，其中，所述目标卫星为待安装有多个磁力矩器的卫星；构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式，其中，所述输出磁矩的计算公式是根据多个磁力矩器通电后各自产生的磁矩构建的列矩阵所确定的；基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，其中，所述偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的；基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值；基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置。
这样，通过本申请提供的技术方案，通过考虑地磁场的特性，进行合理设计磁力矩器安装位置，可实现任意一个磁力矩器失效时，剩余2个磁力矩器可提供滚动、俯仰和偏航三个方向的磁力矩控制输出，可对卫星滚动、俯仰和偏航三个方向的姿态进行控制，从而提高磁力矩器的控制效率和系统控制的可靠性。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法的流程图；
图2为本申请提供的一种最优输出总力矩的计算方法的流程图；
图3为本申请实施例所提供的一种卫星磁力矩器安装位置的确定装置的结构示意图之一；
图4为本申请实施例所提供的一种卫星磁力矩器安装位置的确定装置的结构示意图之二；
图5为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。
磁力矩器是卫星姿态控制的执行组件之一，通过控制通入磁力矩器的电流，可以控制磁力矩器所产生的磁矩的大小和方向，在轨运行中与地磁场相互作用，产生所需的控制力矩，实施姿态控制，包括入轨后星体初始转动的阻尼、动量轮卸载和三轴方向上的进动控制和章动阻尼。利用磁力矩器来控制卫星姿态的优点在于硬件简单、没有质量变化问题。相比喷气系统和动量轮，它的造价低、重量轻、功耗小、寿命长，且因为它没有活动部件，可靠性高。卫星会将其作为最小控制系统的首选。
现有磁力矩器的布局是在卫星星体上安装3个磁力矩器，分别沿卫星的三个轴正交安装，即磁力矩器平行星体三轴安装，即磁力矩器1正向与卫星本体X轴同向，磁力矩器2正向与卫星本体Y轴同向，磁力矩器3正向与卫星本体Z轴同向。对太阳同步轨道卫星，该布局当磁力矩器2（平行卫星Y轴安装的磁力矩器）故障失效后，卫星滚动和偏航方向的磁力矩控制效能将大大降低。因此沿卫星的三个轴正交安装的磁力矩器布局不适用于Y向磁力矩器失效的卫星的三轴姿态控制。
基于此，本申请实施例提供了一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法及装置，通过引入地磁矢量等参数，确定出磁力矩器的最优安装位置，从而更好的对卫星的姿态进行控制。
请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法的流程图。
需要说明的是，现有的磁力矩器布局通常为正交安装，未充分考虑地磁场在轨道坐标系下的特性，地磁矢量在轨道坐标下的y（nT）分量较x（nT）分量和z（nT）分量小。当Y轴方向的磁力矩器失效时，卫星滚动和偏航方向的磁力矩控制效能将大大降低，无法满足卫星滚动和偏航方向的姿态控制能力和动量轮卸载能力。故磁力矩器沿卫星三个轴正交安装的方法未充分考虑地磁场的特性，导致控制效率较低。
如图1中所示，本申请实施例提供的确定方法，包括：
S101、获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量。
这里，所述目标卫星为待安装有多个磁力矩器的卫星，所述多个磁力磁力矩器可以为3个也可以为3的整数倍个。
在一种实施方式中，通过以下公式确定所述地磁矢量：
其中，为地磁矢量，N为地球磁偶极矩，R为卫星运行的轨道半径，/>为轨道面相对地磁赤道平面的夹角，/>为轨道角速度，/>为升交点相对地球赤道面和升交点相对地磁赤道面的夹角，t为卫星过近地点后时长。
需要说明的是，N、R、、/>、/>以及t可根据目标卫星的设计参数确定出具体数值。升交点：天体沿轨道从南向北运动时与参考平面的交点。常用的参考平面有赤道面、黄道面等。升交点是卫星由南向北运行时其轨道面与地球赤道面的交点。
S102、构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式。
这里，所述计算公式是多个磁力矩器通电后产生的总输出磁矩的计算公式，所述输出磁矩的计算公式是根据多个磁力矩器通电后各自产生的磁矩构建的列矩阵所确定的。
示例的，所述输出磁矩的计算公式为：
其中，为输出磁矩，/>为第一磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第二磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第三磁力矩器通电后产生的磁矩。
需要说明的是，第一磁力矩器可以为一个也可以为多个，当为一个时，为一个第一磁力矩器产生的磁矩，当为多个时，/>为多个第一磁力矩器产生的总磁矩。第二磁力矩器可以为一个也可以为多个，当为一个时，/>为一个第二磁力矩器产生的磁矩，当为多个时，/>为多个第二磁力矩器产生的总磁矩。第三磁力矩器可以为一个也可以为多个，当为一个时，/>为一个第三磁力矩器产生的磁矩，当为多个时，/>为多个第三磁力矩器产生的总磁矩。本方案中，暂定所述第一磁力矩器、第二磁力矩器以及第三磁力矩器的数量均为一个。所述第一磁力矩器、第二磁力矩器以及第三磁力矩器可以相同也可以不同。
其中，、/>以及/>的数值和通入电流的大小有关。
S103、基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式。
这里，所述偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的。所述旋转轴包括：滚动轴、俯仰轴以及偏航轴。其中，所述滚动轴为目标卫星本体X轴，俯仰轴为目标卫星本体Y轴，偏航轴为目标卫星本体Z轴。
这里，所述偏移矩阵为：
其中，为第一磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角。
这里，所述偏移矩阵为余弦矩阵。
示例的，现有技术方案中的安装方法为沿目标卫星三个轴正交安装，故对应的偏移矩阵为：
在本申请提供的一种实施方式中，所述基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，包括：依次使用所述偏移矩阵、所述输出磁矩的计算公式以及所述地磁矢量相乘，将相乘后的公式确定为磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式。
这里，通过以下公式对所述输出总力矩计算公式进行说明。
这里，为输出总力矩，也是安装于目标卫星上的所有磁力矩器共同作用所输出的总力矩。
S104、基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值。
这里，每个输出总力矩均对应一组偏移角度值。所述偏移角度值分别包括第一磁力矩器正向与目标卫星的滚动轴的夹角、第一磁力矩器正向与目标卫星的俯仰轴的夹角、第一磁力矩器正向与目标卫星的偏航轴的夹角、第二磁力矩器正向与目标卫星的滚动轴的夹角、第二磁力矩器正向与目标卫星的俯仰轴的夹角、第二磁力矩器正向与目标卫星的偏航轴的夹角、第三磁力矩器正向与目标卫星的滚动轴的夹角、第三磁力矩器正向与目标卫星的俯仰轴的夹角、以及第三磁力矩器正向与目标卫星的偏航轴的夹角。
请参阅图2，图2为本申请提供的一种最优输出总力矩的计算方法的流程图。所述基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，包括：
S1041、基于所述输出总力矩计算公式，每次对每个偏移角度进行任意赋值后，依次计算任意磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩，其中，每组偏移角度值对应多个初始输出总力矩，确定出多个力矩组。
这里，所述每次对每个偏移角度进行任意赋值后，依次计算任意磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩，包括：每次对每个偏移角度进行任意赋值后，计算第一磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩、计算第二磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩、以及计算第三磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩。
所述每次对每个偏移角度赋值时，是对进行赋值，每赋值一次可确定出三个初始输出总力矩。
S1042、对所述多个力矩组进行筛选，筛选出包括的多个初始输出总力矩均不为零的力矩组，得到多个目标力矩组。
这里，每个力矩组中包括第一磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩、第二磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩、以及第三磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩。
对所述多个力矩组进行筛选，筛选出包括的多个初始输出总力矩均不为零的力矩组，是筛选出包括第一磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩、第二磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩、以及第三磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩均不为零的力矩组。
其中，赋值停止条件可设定为到达赋值预设时间、或达到赋值预设次数、或筛选出预设数量的目标力矩组等，在此不做限定。
需要说明的是，之所以要筛选出目标输出力矩组，是为了保证任意磁力矩器失效时，均可以产生滚动、俯仰和偏航三轴磁力矩，从而保证对卫星的三个方向的姿态均可以控制。
S1043、分别将每个目标力矩组中的多个初始输出总力矩相加，得到多个目标输出总力矩。
S1044、将多个目标输出总力矩中的最大值确定为最优输出总力矩。
这里，是通过最大值的方式确定最优输出总力矩。
这样，确定出最优输出总力矩后，根据该最优输出总力矩可确定出对应的目标力矩组，根据确定出的目标力矩组可确定出每个偏移角度的数字，故也就确定出了目标偏移角度值。
此外，为了减少计算量，也可以在每次对每个偏移角度进行任意赋值后，判断第一磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩、第二磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩、以及第三磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩是否均不为零，若为是，停止赋值，将此时得到输出总力矩，确定为最优输出总力矩。
S105、基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置。
这里，确定出目标偏移角度值后，即分别确定出了第一磁力矩器正向与目标卫星的滚动轴的夹角值、第一磁力矩器正向与目标卫星的俯仰轴的夹角值、第一磁力矩器正向与目标卫星的偏航轴的夹角值、第二磁力矩器正向与目标卫星的滚动轴的夹角值、第二磁力矩器正向与目标卫星的俯仰轴的夹角值、第二磁力矩器正向与目标卫星的偏航轴的夹角值、第三磁力矩器正向与目标卫星的滚动轴的夹角值、第三磁力矩器正向与目标卫星的俯仰轴的夹角值、以及第三磁力矩器正向与目标卫星的偏航轴的夹角值。
所述基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置，包括：基于确定出的目标偏移角度值，确定每个磁力矩器的目标安装方位；针对每个磁力矩器，将位于该磁力矩器的目标安装方位上距离目标卫星中心预设距离的位置确定为该磁力矩器的安装位置。
其中，预设距离可根据目标卫星的物理特性进行预先指定。
示例的，基于本方案提供的方法，当使用三个磁力矩器，且三个磁力矩器相同时，通过计算发现，磁力矩器1正向与卫星本体X轴（滚动轴）同向；磁力矩器2正向与卫星本体Y轴（俯仰轴）45°夹角、与卫星本体Z轴45°夹角；磁力矩器3正向与卫星本体Y轴（偏航轴）135°夹角、与卫星本体Z轴45°夹角时，可得到最优输出总力矩。
示例的，基于上述数据，确定出目标卫星中磁力矩器的安装位置后，磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的力矩如下：
当第一磁力矩器失效时，剩余磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的力矩为：
（1）
当第二磁力矩器失效时，剩余磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的力矩为：
（2）
当第三磁力矩器失效时，剩余磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的力矩为：
（3）
根据上述公式（1）可得，当第一磁力矩器失效时，可以产生滚动、俯仰和偏航三轴磁力矩，满足第一磁力矩器故障时的使用需求。根据上述公式（2）可得，当第二磁力矩器失效时，可以产生滚动、俯仰和偏航三轴磁力矩，满足第二磁力矩器故障时的使用需求。根据上述公式（3）可得，当第三磁力矩器失效时，可以产生滚动、俯仰和偏航三轴磁力矩，满足第三磁力矩器故障时的使用需求。
本申请实施例提供的一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法，所述确定方法包括：获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量，其中，所述目标卫星为待安装有多个磁力矩器的卫星；构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式，其中，所述输出磁矩的计算公式是根据多个磁力矩器通电后各自产生的磁矩构建的列矩阵所确定的；基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，其中，所述偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的；基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值；基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置。
这样，通过本申请提供的技术方案，通过考虑地磁场的特性，进行合理设计磁力矩器安装位置，可实现任意一个磁力矩器失效时，剩余2个磁力矩器可提供滚动、俯仰和偏航三个方向的磁力矩控制输出，可对卫星滚动、俯仰和偏航三个方向的姿态进行控制，从而提高磁力矩器的控制效率和系统控制的可靠性。
请参阅图3、图4，图3为本申请实施例所提供的一种卫星磁力矩器安装位置的确定装置的结构示意图之一，图4为本申请实施例所提供的一种卫星磁力矩器安装位置的确定装置的结构示意图之二。如图3中所示，所述确定装置300包括：
获取模块310，用于获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量，其中，所述目标卫星为待安装有多个磁力矩器的卫星；
第一构建模块320，用于构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式，其中，所述输出磁矩的计算公式是根据多个磁力矩器通电后各自产生的磁矩构建的列矩阵所确定的；
第二构建模块330，用于基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，其中，所述偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的；
第一确定模块340，用于基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值；
第二确定模块350，用于基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置。
可选的，所述确定装置300还包括计算模块360，所述计算模块360用于通过以下公式确定所述地磁矢量：
其中，为地磁矢量，N为地球磁偶极矩，R为卫星运行的轨道半径，/>为轨道面相对地磁赤道平面的夹角，/>为轨道角速度，/>为升交点相对地球赤道面和升交点相对地磁赤道面的夹角，t为卫星过近地点后时长。
可选的，所述第二构建模块330在用于基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式时，所述第二构建模块330用于：
依次使用所述偏移矩阵、所述输出磁矩的计算公式以及所述地磁矢量相乘，将相乘后的公式确定为磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式。
可选的，所述旋转轴包括：滚动轴、俯仰轴以及偏航轴。
可选的，所述偏移矩阵为：
/>
其中，为第一磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角。
可选的，所述输出磁矩的计算公式为：
其中，为输出磁矩，/>为第一磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第二磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第三磁力矩器通电后产生的磁矩。
可选的，所述第一确定模块340在用于基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算时，所述第一确定模块340用于：
基于所述输出总力矩计算公式，每次对每个偏移角度进行任意赋值后，依次计算任意磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩，其中，每组偏移角度值对应多个初始输出总力矩，确定出多个力矩组；
对所述多个力矩组进行筛选，筛选出包括的多个初始输出总力矩均不为零的力矩组，得到多个目标力矩组；
分别将每个目标力矩组中的多个初始输出总力矩相加，得到多个目标输出总力矩；
将多个目标输出总力矩中的最大值确定为最优输出总力矩。
请参阅图5，图5为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图5中所示，所述电子设备500包括处理器510、存储器520和总线530。
所述存储器520存储有所述处理器510可执行的机器可读指令，当电子设备500运行时，所述处理器510与所述存储器520之间通过总线530通信，所述机器可读指令被所述处理器510执行时，可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种卫星磁力矩器安装位置的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：
获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量，其中，所述目标卫星为待安装有多个磁力矩器的卫星；
构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式，其中，所述输出磁矩的计算公式是根据多个磁力矩器通电后各自产生的磁矩构建的列矩阵所确定的；
基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，其中，所述偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的；
基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值；
基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置。
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，通过以下公式确定所述地磁矢量：
其中，为地磁矢量，N为地球磁偶极矩，R为卫星运行的轨道半径，/>为轨道面相对地磁赤道平面的夹角，/>为轨道角速度，/>为升交点相对地球赤道面和升交点相对地磁赤道面的夹角，t为卫星过近地点后时长。
3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，包括：
依次使用所述偏移矩阵、所述输出磁矩的计算公式以及所述地磁矢量相乘，将相乘后的公式确定为磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式。
4.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述旋转轴包括：滚动轴、俯仰轴以及偏航轴。
5.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于，所述偏移矩阵为：
其中，为第一磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第一磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第二磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星滚动轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星俯仰轴的夹角，/>为第三磁力矩器正向与目标卫星偏航轴的夹角。
6.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述输出磁矩的计算公式为：
其中，为输出磁矩，/>为第一磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第二磁力矩器通电后产生的磁矩，/>为第三磁力矩器通电后产生的磁矩。
7.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，包括：
基于所述输出总力矩计算公式，每次对每个偏移角度进行任意赋值后，依次计算任意磁力矩器失效后所产生的初始输出总力矩，其中，每组偏移角度值对应多个初始输出总力矩，确定出多个力矩组；
对所述多个力矩组进行筛选，筛选出包括的多个初始输出总力矩均不为零的力矩组，得到多个目标力矩组；
分别将每个目标力矩组中的多个初始输出总力矩相加，得到多个目标输出总力矩；
将多个目标输出总力矩中的最大值确定为最优输出总力矩。
8.一种卫星磁力矩器安装位置的确定装置，其特征在于，所述确定装置包括：
获取模块，用于获取目标卫星运行过程中与地球磁场作用所产生地磁矢量，其中，所述目标卫星为待安装有多个磁力矩器的卫星；
第一构建模块，用于构建磁力矩器通电所产生的输出磁矩的计算公式，其中，所述输出磁矩的计算公式是根据多个磁力矩器通电后各自产生的磁矩构建的列矩阵所确定的；
第二构建模块，用于基于所述地磁矢量、所述输出磁矩的计算公式以及预先构建的偏移矩阵，构建磁力矩器产生磁矩后与地磁场作用产生的输出总力矩计算公式，其中，所述偏移矩阵是根据每个磁力矩器正向与目标卫星的每个旋转轴的偏移角度所构建的；
第一确定模块，用于基于所述输出总力矩计算公式，进行最优输出总力矩计算，确定得到最优输出总力矩时所对应的目标偏移角度值；
第二确定模块，用于基于确定出的目标偏移角度值，确定所述目标卫星中磁力矩器的安装位置。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的确定方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的确定方法的步骤。
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