CN117516551A - 一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法 - Google Patents
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Abstract
本申请是关于一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，包括确定卫星本体系太阳矢量计算优先级，按照以下方法实施：判断太阳敏感器数据的有效性；若太阳敏感器数据有效，则卫星本体系太阳矢量根据太阳敏感器数据确定；若太阳敏感器数据无效，则对卫星惯性系姿态数据的有效性进行判断；若卫星惯性系姿态数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过卫星惯性系姿态四元数确定；若卫星惯性系姿态数据无效，则对光纤陀螺数据的有效性进行判断；若光纤陀螺数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过光纤陀螺数据确定。本申请在太阳敏感器数据自身异常或者无法正常输出时，可以利用卫星惯性系姿态四元数或光纤陀螺数据计算本体系下太阳矢量。
Description
技术领域
本申请涉及航天测量与控制技术领域，尤其涉及一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法。
背景技术
卫星本体系太阳矢量是用于卫星确定姿态的重要信息来源。目前大部分卫星的本体系太阳矢量基本仅由太阳敏感器获取。当太阳敏感器数据自身异常或者视场不佳导致无法正常输出时，就无法获得卫星本体系太阳矢量，进而导致无法正常对日指向，甚至导致能源问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本申请的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本申请的目的在于提供一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，进而至少在一定程度上解决由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本申请提供了一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，包括确定卫星本体系太阳矢量计算优先级，按照以下方法实施：
判断太阳敏感器数据的有效性；
若太阳敏感器数据有效，则卫星本体系太阳矢量根据太阳敏感器数据确定；若太阳敏感器数据无效，则对卫星惯性系姿态数据的有效性进行判断；
若卫星惯性系姿态数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过卫星惯性系姿态四元数确定；若卫星惯性系姿态数据无效，则对光纤陀螺数据的有效性进行判断；
若光纤陀螺数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过光纤陀螺数据确定。
本申请中，若太阳敏感器数据有效，则卫星本体系太阳矢量根据太阳敏感器数据确定中，输出的卫星本体系太阳矢量来源为太阳敏感器数据；卫星本体系太阳矢量的确定公式如公式（1）所示：
（1）；
式中，为输出的卫星本体系太阳矢量，/>为太阳敏感器输出的卫星本体系太阳矢量。
本申请中，若卫星惯性系姿态数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过卫星惯性系姿态四元数确定中，卫星本体系太阳矢量的确定方法按照以下方法实施：
根据卫星惯性系姿态四元数确定卫星从惯性系到本体系的姿态转换矩阵；
根据惯性系太阳矢量和姿态转化矩阵确定卫星本体系太阳矢量和卫星本体系太阳矢量来源。
本申请中，所述根据卫星惯性系姿态四元数确定卫星从惯性系到本体系的姿态转换矩阵的确定公式如公式（2）、公式（3）所示：
（2）；
（3）；
式中，为卫星惯性系姿态四元数；/>为姿态转换矩阵；/>、/>、/>、/>为四元数；/>为矩阵转置。
本申请中，输出的卫星本体系太阳矢量来源为卫星惯性系姿态数据；卫星本体系太阳矢量的确定公式如公式（4）所示：
（4）；
式中，为惯性系太阳矢量；/>为姿态转换矩阵。
本申请中，若光纤陀螺数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过光纤陀螺数据确定，按照以下步骤实施：
利用光纤陀螺数据输出的卫星姿态角速度计算在惯性空间中当前时刻卫星本体系相对于前一时刻卫星本体系的旋转四元数；
由旋转四元数计算转换矩阵函数及姿态四元数计算转换矩阵；
基于上一周期确定的本体系太阳矢量和转换矩阵确定当前时刻卫星本体系太阳矢量及其来源。
本申请中，利用光纤陀螺数据输出的卫星姿态角速度计算在惯性空间中当前时刻卫星本体系相对于前一时刻卫星本体系的旋转四元数，按照以下步骤实施：
计算卫星姿态角速度，如公式（5）所示：
（5）；
式中，为卫星姿态角速度；/>、/>、/>为三轴姿态角速度；
计算卫星惯性系角速度模值，如公式（6）所示：
（6）；
式中，为卫星姿态角速度模值；/>、/>、/>为三轴姿态角速度；
计算卫星旋转角度，如公式（7）所示：
（7）；
式中，为卫星本体系从时刻b1到b1的前一时刻b0的积分时间；/>为卫星旋转角度；
计算旋转四元数，如公式（8）所示：
（8）；
式中，为旋转四元数；/>、/>、/>、/>为四元数标量。
本申请中，由旋转四元数计算转换矩阵函数及姿态四元数计算转换矩阵，如公式（9）所示：
（9）；
式中，为转换矩阵。
本申请中，基于上一周期确定的本体系太阳矢量和转换矩阵确定当前时刻卫星本体系太阳矢量及其来源中，输出的卫星本体系太阳矢量来源为光纤陀螺数据；所述卫星本体系太阳矢量的确定公式如公式（10）所示：
（10）；
式中，为上一周期确定的卫星本体系太阳矢量；/>为输出的卫星本体系太阳矢量；/>为转换矩阵。
根据本公开实施例，提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1.在太阳敏感器数据自身异常或者太阳敏感器数据在星上视场不佳导致无法正常输出时，可以利用卫星惯性系姿态四元数或光纤陀螺数据计算本体系下太阳矢量用于控制。
2.在保证卫星正常对日指向，和保证星上能源输出卫星本体系太阳矢量的同时，给出卫星本体系太阳矢量的计算来源，方便后期数据排查。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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的附图。
图1是本申请一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法的步骤示意图。
图2是本申请一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法的流程示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本申请实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
本申请提供了一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，该方法需要确定卫星本体性太阳矢量计算优先级，如图1所示，可按照步骤S101-S104实施：
在步骤S101中，判断太阳敏感器数据的有效性，若太阳敏感器数据有效时，将其表示为“太阳敏感器数据有效标志”=“1”；若太阳敏感器数据无效时，将其表示为“太阳敏感器数据有效标志”=“0”；
如果太阳敏感器数据有效，即“太阳敏感器数据有效标志”=“1”时，则输出的卫星本体系太阳矢量来源为太阳敏感器数据；卫星本体系太阳矢量由太阳敏感器数据确定，如公式（1）所示：
（1）；
式中，为输出的卫星本体系太阳矢量，/>为太阳敏感器输出的卫星本体系太阳矢量。
在步骤S102中，如果太阳敏感器数据无效即“太阳敏感器数据有效标志”=“0”时，则判断卫星惯性系姿态是否有效，若卫星惯性系姿态有效，将其表示为“卫星惯性系姿态有效标志”=“1”；若卫星惯性系姿态无效，将其表示为“卫星惯性系姿态有效标志”=“0”；
如果卫星惯性系姿态有效，即“卫星惯性系姿态有效标志”=“1”时，则卫星本体系太阳矢量由卫星惯性系姿态四元数确定。
具体的，步骤S102可以包括步骤S1021和步骤S1022：
步骤S1021中，根据卫星惯性系姿态四元数确定卫星从惯性系到本体系的姿态转换矩阵；如公式（2）、公式（3）所示：
（2）
（3）；
式中，为卫星惯性系姿态四元数；/>为姿态转换矩阵；/>、/>、/>、/>为四元数；/>为矩阵转置。
步骤S1022中，根据惯性系太阳矢量和姿态转化矩阵确定卫星本体系太阳矢量和卫星本体系太阳矢量来源，输出的卫星本体系太阳矢量来源为卫星惯性系姿态数据；卫星本体系太阳矢量的确定公式如公式（4）所示：
（4）；
式中，为输出的本体系太阳矢量，/>为惯性系太阳矢量；/>为姿态转换矩阵。
在步骤S103中，如果太阳敏感器数据无效，即“太阳敏感器数据有效标志”=“0”且卫星惯性系姿态无效，即“卫星惯性系姿态有效标志”=“0”时，则判断光纤陀螺数据是否有效，若光纤陀螺数据有效，将其表示为“卫星光纤陀螺有效标志”=“1”；若光纤陀螺数据无效，将其表示为“卫星光纤陀螺有效标志”=“0”；
如果光纤陀螺数据有效即“卫星光纤陀螺有效标志”=“1”时，则卫星本体系太阳矢量由光纤陀螺数据确定。
进一步的，步骤S103还包括以下步骤S1031-S1033；
步骤S1031，利用光纤陀螺数据输出的卫星姿态角速度计算在惯性空间中当前时刻卫星本体系相对于前一时刻卫星本体系的旋转四元数。
可以理解的是，步骤S1031可以按照以下过程进行计算：
首先，计算卫星姿态角速度，如公式（5）所示：
（5）；
式中，为卫星姿态角速度；/>、/>、/>为三轴姿态角速度；
计算卫星惯性系角速度模值，如公式（6）所示：
（6）；
式中，为卫星姿态角速度模值；/>、/>、/>为三轴姿态角速度；
其次，计算卫星旋转角度，如公式（7）所示：
（7）；
式中，为卫星本体系从时刻b1到b1的前一时刻b0的积分时间；/>为卫星旋转角度；
最后，计算旋转四元数，如公式（8）所示：
（8）；
式中，为旋转四元数；/>、/>、/>、/>为四元数标量。
步骤S1032，由旋转四元数计算转换矩阵函数及姿态四元数计算转换矩阵。
具体的，由旋转四元数计算转换矩阵函数及姿态四元数计算转换矩阵，如公式（9）所示：
（9）；
式中，为转换矩阵。
步骤S1033，基于上一周期确定的本体系太阳矢量和转换矩阵确定当前时刻卫星本体系太阳矢量及其来源。
基于上一周期确定的本体系太阳矢量和转换矩阵确定当前时刻卫星本体系太阳矢量及其来源，输出的卫星本体系太阳矢量来源为光纤陀螺数据，输出的本体系太阳矢量的确定公式如公式（10）所示：
（10）；
式中，为上一周期确定的本体系太阳矢量；/>为输出的本体系太阳矢量。
在步骤S104中，如果太阳敏感器数据无效，即“太阳敏感器数据有效标志”=“0”，且卫星惯性系姿态无效，即“卫星惯性系姿态有效标志”=“0”，且光纤陀螺数据无效即“卫星光纤陀螺有效标志”=“0”时，则卫星本体系太阳矢量不能确定，则设定保持原数；卫星本体系太阳矢量来源不能确定。
具体的本申请提供的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法的流程如图2所示。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
Claims (9)
1.一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，包括确定卫星本体系太阳矢量计算优先级，按照以下方法实施：
判断太阳敏感器数据的有效性；
若太阳敏感器数据有效，则卫星本体系太阳矢量根据太阳敏感器数据确定；若太阳敏感器数据无效，则对卫星惯性系姿态数据的有效性进行判断；
若卫星惯性系姿态数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过卫星惯性系姿态四元数确定；若卫星惯性系姿态数据无效，则对光纤陀螺数据的有效性进行判断；
若光纤陀螺数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过光纤陀螺数据确定。
2.根据权利要求1所述的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，所述若太阳敏感器数据有效，则卫星本体系太阳矢量根据太阳敏感器数据确定中，输出的卫星本体系太阳矢量来源为太阳敏感器数据；所述卫星本体系太阳矢量的确定公式如公式（1）所示：
（1）；
式中，为输出的卫星本体系太阳矢量，/>为太阳敏感器输出的卫星本体系太阳矢量。
3.根据权利要求1所述的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，所述若卫星惯性系姿态数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过卫星惯性系姿态四元数确定中，卫星本体系太阳矢量的确定方法按照以下方法实施：
根据卫星惯性系姿态四元数确定卫星从惯性系到本体系的姿态转换矩阵；
根据惯性系太阳矢量和姿态转化矩阵确定卫星本体系太阳矢量和卫星本体系太阳矢量来源。
4.根据权利要求3所述的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，所述根据卫星惯性系姿态四元数确定卫星从惯性系到本体系的姿态转换矩阵的确定公式如公式（2）、公式（3）所示：
（2）；
（3）；
式中，为卫星惯性系姿态四元数；/>为姿态转换矩阵；/>、/>、/>、/>为四元数；/>为矩阵转置。
5.根据权利要求4所述的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，所述输出的卫星本体系太阳矢量来源为卫星惯性系姿态数据；所述卫星本体系太阳矢量的确定公式如公式（4）所示：
（4）；
式中，为惯性系太阳矢量；/>为姿态转换矩阵，/>为输出的卫星本体系太阳矢量。
6.根据权利要求1所述的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，所述若光纤陀螺数据有效，则卫星本体系太阳矢量通过光纤陀螺数据确定，按照以下步骤实施：
利用光纤陀螺数据输出的卫星姿态角速度计算在惯性空间中当前时刻卫星本体系相对于前一时刻卫星本体系的旋转四元数；
由旋转四元数计算转换矩阵函数及姿态四元数计算转换矩阵；
基于上一周期确定的本体系太阳矢量和转换矩阵确定当前时刻卫星本体系太阳矢量及其来源。
7.根据权利要求6所述的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，所述利用光纤陀螺数据输出的卫星姿态角速度计算在惯性空间中当前时刻卫星本体系相对于前一时刻卫星本体系的旋转四元数，按照以下步骤实施：
计算卫星姿态角速度，如公式（5）所示：
（5）；
式中，为卫星姿态角速度；/>、/>、/>为三轴姿态角速度；
计算卫星惯性系角速度模值，如公式（6）所示：
（6）；
式中，为卫星姿态角速度模值；/>、/>、/>为三轴姿态角速度；
计算卫星旋转角度，如公式（7）所示：
（7）；
式中，为卫星本体系从时刻b1到b1的前一时刻b0的积分时间；/>为卫星旋转角度；
计算旋转四元数，如公式（8）所示：
（8）；
式中，为旋转四元数；/>、/>、/>、/>为四元数标量。
8.根据权利要求7所述的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，所述由旋转四元数计算转换矩阵函数及姿态四元数计算转换矩阵，如公式（9）所示：
（9）；
式中，为转换矩阵。
9.根据权利要求8所述的一种卫星本体系太阳矢量的综合获得方法，其特征在于，所述基于上一周期确定的本体系太阳矢量和转换矩阵确定当前时刻卫星本体系太阳矢量及其来源中，所述输出的卫星本体系太阳矢量来源为光纤陀螺数据；所述卫星本体系太阳矢量的确定公式如公式（10）所示：
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