FR2809502A1 - Orientation control method for a low-orbit satellite using a triaxial arrangement of magneto-couplers together with a triaxial magnetometer for ensuring the satellite is correctly aligned using the Earth's magnetic field - Google Patents

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Abstract

Method in which magneto-couplers are used to create a magnetic moment that is co-linear with the command direction of the satellite. The latter is determined using the geomagnetic field in the satellite reference axes with the latter pointing in an ideal direction so that the magnetic command direction is permanently aligned with the instantaneous magnetic direction. Satellite angular position around the instantaneous magnetic direction is controlled using a kinematic moment.

Description

PROCEDE DE COMMANDE D'ATTITUDE D'UN SATELLITE EN ORBITE TERRRESTRE BASSE La présente invention concerne les procédés de contrôle de l'attitude satellite placé sur une orbite suffisamment basse pour que l'intensité du champ magnétique terrestre autorise une mesure d'attitude à l'aide d'un magnétomètre trois axes (c'est à dire fournissant une mesure de module et d'orientation dans réferentiel lié au satellite) et permette une commande de modification d'attitude interaction de magnéto-coupleurs portés par le satellite avec le champ magnétique terrestre.  The present invention relates to methods for controlling the satellite attitude placed in a sufficiently low orbit so that the intensity of the earth's magnetic field allows an attitude measurement to be carried out. using a three-axis magnetometer (ie providing a measurement of module and orientation in reference linked to the satellite) and allows an attitude modification control interaction of magneto-couplers carried by the satellite with the field Earthly magnetic.

Pratiquement cette condition de mise en oeuvre est remplie lorsque satellite est, sur au moins une partie de son orbite, à une altitude inférieure a 2000 kilomètres. L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, sur les satellites de petites dimensions (classe 100 à 1000 kg) pour lesquels on cherche à réduite les coûts et les ressources requises du système de contrôle d'attitude et d'orbite, souvent désigné par l'acronyme SCAO. Practically this implementation condition is fulfilled when the satellite is, on at least part of its orbit, at an altitude of less than 2000 kilometers. The invention finds a particularly important application, although not exclusive, on small satellites (class 100 to 1000 kg) for which it seeks to reduce the costs and resources required of the attitude control system and orbit , often referred to by the acronym SCAO.

On connaît déjà (demande de brevet FR 94 10853) un procédé de commande d'attitude permettant de réduire les vitesses de rotation du satellite lorsqu'il est largué par son lanceur et d'orienter un axe lié au satellite suivant normale au plan de son orbite. Suivant ce procédé, utilisant une loi dite "en point" pour indiquer qu'elle fait intervenir la dérivée du champ magnétique terrestre B, on mesure le champ magnétique terrestre suivant les trois axes référentiel lié au satellite, on dérive les mesures par rapport au temps, multiplie les dérivées par un gain et on fait passer un courant représentatif résultat dans des magnéto-coupleurs pour créer des moments magnétiques tendent à garder le satellite fixe par rapport aux lignes de force du champ magnétique terrestre. It is already known (patent application FR 94 10853) an attitude control method for reducing the speed of rotation of the satellite when it is dropped by its launcher and to guide an axis linked to the next satellite normal to the plane of its orbit. According to this method, using a so-called "point" law to indicate that it involves the derivative of the terrestrial magnetic field B, the terrestrial magnetic field is measured along the three referential axes linked to the satellite, the measurements are derived with respect to time , multiplies the derivatives by a gain and passes a representative current result in magneto-couplers to create magnetic moments tend to keep the fixed satellite with respect to the lines of force of the Earth's magnetic field.

Ce procédé est simple. Il n'utilise que des capteurs fiables et peu coûteux et des actionneurs qui sont normalement employés sur tout satellite en orbite basse, c'est-à-dire des magnéto-coupleurs, en plus des roues cinétiques ou de réaction prévue dans tous les cas pour créer un moment cinétique interne au satellite. II évite l'utilisation de tuyères de propulsion qui consomment des ergols et perturbent l'orbite ou de gyroscopes souvent coûteux et dont la fiabilité peut poser problème sur des missions de longue durée. This process is simple. It uses only reliable and inexpensive sensors and actuators that are normally used on any satellite in low orbit, ie magneto-couplers, in addition to the kinetic or reaction wheels provided in all cases to create a kinetic moment internal to the satellite. It avoids the use of propulsion nozzles that consume propellants and disrupt the orbit or gyroscopes often expensive and whose reliability can be problematic on long-term missions.

Ce procédé, ainsi que les autres procédés connus utilisant le pilotage magnétique, ne présente pas des caractéristiques permettant de répondre aux exigences des phases de transition à partir d'un état présentant de grands écarts et/ou de grandes dynamiques. Il doit faire appel à des phases spécifiques de transition genéralement complexes, avec des contraintes opérationnelles, faisant éventuellement intervenir le sol, et des contraintes également sur les capteurs et /ou les actionneurs et sur les lois de contrôle utilisées. This method, as well as the other known methods using magnetic control, does not have characteristics that make it possible to meet the requirements of the transition phases from a state having large deviations and / or large dynamics. It must make use of specific transition phases that are generally complex, with operational constraints, possibly involving the ground, and also constraints on the sensors and / or the actuators and on the control laws used.

La présente invention vise notamment à fournir un procédé et un dispositif permettant de réaliser de façon autonome au moins la transition entre des conditions dynamiques initiales quelconques, y compris avec de grands écarts angulaires initiaux et de grandes dynamiques, et un mode opérationnel par réduction vitesses initiales, acquisition de l'attitude nominale et maintien en pointage trois axes approximatif autour de !'attitude nominale ; dans des applications particulières, notamment dans le cas de missions avec des besoins peu contraignants en performances de pointage (de l'ordre de typiquement), elle vise à réaliser également le mode opérationnel nominal. The present invention aims in particular to provide a method and a device for autonomously performing at least the transition between any initial dynamic conditions, including with large initial angular gaps and large dynamics, and an operational mode by reducing initial speeds. , acquisition of the nominal attitude and keeping in pointing three approximate axes around the nominal attitude; in particular applications, particularly in the case of missions with needs that are not very binding in pointing performance (of the order of typically), it also aims to achieve the nominal operating mode.

L'invention propose dans ce but un procédé suivant lequel - on crée, à l'aide d'au moins trois magnéto-coupleurs, un moment magnetique M colinéaire à ce que serait une direction de consigne, constituée par la direction du champ géomagnétique en axes satellite (bo) si celui-ci était pointé de façon idéale, afin d'aligner de façon permanente la direction magnétique de consigne (bo) sur la direction magnetique courante (b), et - on contrôle la position angulaire autour de la direction magnétique courante instantanée (b) par utilisation d'un moment cinétique interne au satellite. The invention proposes for this purpose a method according to which - it is created, using at least three magneto-couplers, a magnetic moment M colinear to what would be a direction of instruction, constituted by the direction of the geomagnetic field in satellite axes (bo) if it was ideally aimed, in order to permanently align the desired magnetic direction (bo) with the current magnetic direction (b), and - the angular position around the direction is checked instantaneous magnetic current (b) by using a kinetic moment internal to the satellite.

Une caractéristique remarquable du procédé de contrôle d'attitude suivant l'invention, qu'on peut qualifier de pilotage en mode boussole est l'utilisation d'un actionnement magnétique semi-passif, nécessitant uniquement magnéto-coupleurs permettant une action suivant 3 axes, un magnétometre également 3 axes, un modèle magnétique disponible à bord et une estimation initiale de la position du satellite dans un repère terrestre. La commande magnétique en mode boussole repose sur un pilotage quasiment en boucle ouverte en créant, à l'aide des magnéto-coupleurs, un moment magnétique M égal , en notation vectorielle, à M=K. bo couple magnétique C ainsi généré est de la forme C=-Kbxbo K étant gain et b le champ magnétique réel dans la direction des lignes de force. A remarkable characteristic of the attitude control method according to the invention, which can be described as compass mode driving, is the use of a semi-passive magnetic actuation requiring only magneto-couplers allowing a 3-axis action, a magnetometer also 3 axes, a magnetic model available on board and an initial estimate of the position of the satellite in a landmark. Magnetic control in compass mode is based on a quasi-open-loop control by creating, with the aid of the magneto-couplers, a magnetic moment M equal, in vector notation, to M = K. the magnetic torque C thus generated is of the form C = -Kbxbo K being gain and b the real magnetic field in the direction of the lines of force.

Le couple magnétique appliqué sur le satellite tend à orienter spontanément le moment magnétique fourni par les magnéto-coupleurs avec le champ terrestre local donc à provoquer un alignement passif de l'axe satellite correspondant sur son attitude de consigne par simple effet boussole . II suffit donc de générer un moment magnétique de bord théorique, élaboré à partir modèle de direction magnétique de bord et d'une estimation faite à bord la position du satellite par rapport à un repère terrestre de référence. The magnetic torque applied to the satellite tends to spontaneously orient the magnetic moment provided by the magneto-couplers with the local terrestrial field and thus to cause a passive alignment of the corresponding satellite axis on its target attitude by simple compass effect. It is therefore sufficient to generate a theoretical edge magnetic moment, developed from the edge magnetic direction model and an estimate made on board the position of the satellite relative to a reference terrestrial reference.

On peut ainsi faire passer le satellite d'un état dynamique quelconque et éventuellement perturbé (après séparation du lanceur ou en mode survie par exemple) à un état proche des conditions opérationnelles nominales ou même correspondant à ces conditions lorsqu'elles acceptent des tolérances. It is thus possible to pass the satellite of any dynamic state and possibly disturbed (after separation of the launcher or survival mode for example) to a state close to nominal operating conditions or even corresponding to these conditions when they accept tolerances.

La loi générant, à bord du satellite, la direction de consigne bo en fonction du temps équivaut à une loi de guidage. Il est ainsi possible de faire suivre au satellite une consigne quelconque prédéterminée qui peut notamment être de pointage géocentrique, de pointage solaire ou inertielle ; il est également possible de commander des manoeuvres de rotation autour de la direction normale au champ géomagnétique local et notamment des basculements en tangage en cas d'orbites polaires ou fortement inclinées sur l'équateur. II sera cependant surtout question par la suite d'une mission géocentrique pour laquelle le pilotage en mode boussole permet de réaliser de façon intégrée les opérations successives suivantes réduction des vitesses initiales acquisition du pointage vers la Terre maintien convergé du pointage géocentrique avec des performances de quelques degrés selon les trois axes. The law generating, on board the satellite, the direction of reference bo as a function of time is equivalent to a guide law. It is thus possible to forward to the satellite any predetermined setpoint which may include geocentric pointing, solar or inertial pointing; it is also possible to control rotation maneuvers around the normal direction to the local geomagnetic field and in particular pitching tilts in the case of polar or strongly inclined orbits on the equator. It will, however, above all be a question of a geocentric mission for which the compass mode control makes it possible to carry out in an integrated way the following successive operations reduction of the initial speeds acquisition of the pointing towards the Earth convergence maintenance of the geocentric pointing with performances of some degrees according to the three axes.

L'effet boussole permet de réaliser les opérations de commande façon autonome au cours des trois phases successives ci-dessus, qui sont réellement. intégrées au sein d'un mode de contrôle d'attitude et d'orbite unique, en sens que leur enchaînement ne nécessite aucun séquencement d'opérations à bord et aucune commutation manuelle ou automatique d'équipements ou lois de contrôle. The compass effect makes it possible to carry out control operations autonomously during the three successive phases above, which are actually. integrated within a single attitude and orbit control mode, in that their sequencing requires no sequencing of on-board operations and no manual or automatic switching of equipment or control laws.

La loi de contrôle par effet boussole se comporte comme raideur pure. On lui associe un terme d'amortissement. Une solution avantageuse, qui garantit par construction l'apport d'un effet dissipatif, consiste à créer un moment magnétique M de valeur vectorielle M=-D (b=bo) où D est une constante, éventuellement ajustable. The law of control by compass effect behaves like pure stiffness. It is associated with a depreciation term. An advantageous solution, which guarantees by construction the contribution of a dissipative effect, consists in creating a magnetic moment M of vector value M = -D (b = bo) where D is a constant, possibly adjustable.

La détermination de cette partie de la commande et sa génération par les magnéto-coupleurs nécessitent de disposer à bord d'une mesure de la direction magnétique instantanée du vecteur bo. Le pilotage requiert alors l'emport d'un magnétomètre trois axes. The determination of this part of the control and its generation by the magneto-couplers require to have on board a measurement of the instantaneous magnetic direction of the vector bo. Piloting then requires the carriage of a three-axis magnetometer.

En regroupant les termes de raideur magnétique (par effet boussole ) et d'amortissement (qu'on peut rapprocher d'une commande en point tournant), la consigne totale M à appliquer peut s'écrire, en fonction de mesure b de la direction magnétique locale, faite par un magnétomètre 3 axes, et du modèle mémorisé à bord bo, après normalisation de M par le module du champ local B M=[Kbo+D(bo- IB Mais en fait il est inutile de générer partie de la consigne qui est colinéaire au champ magnétique local mesuré. aboutit donc finalement à une élaboration de 1 a consigne de moment magnétique M en deux étapes, de 1 a forme Mo = [Kbo +D(bo -b)] l B M<B≥</B>Mo - (Mo.b ). b Le pilotage par effet boussole, même avec introduction d'un terme d `amortissement, ne permet que d'aligner la direction magnétique de consigne, c'est à dire le vecteur bo, avec la direction la direction magnétique réelle courante b. Or, il est en général nécessaire contrôler l'attitude du satellite autour de trois axes, donc de contrôler également l'angle de rotation autour de la direction du vecteur b. By grouping the terms of magnetic stiffness (by compass effect) and of damping (which can be compared to a control in rotating point), the total setpoint M to be applied can be written, according to measure b of the direction local magnetic, made by a 3-axis magnetometer, and the model stored on board bo, after normalization of M by the local field module BM = [Kbo + D (bo-IB But in fact it is useless to generate part of the instruction which is collinear with the measured local magnetic field, thus finally leads to an elaboration of the magnetic moment setpoint M in two stages, of the form Mo = [Kbo + D (bo -b)]. B> Mo - (Mo.b) b Compass steering, even with the introduction of a damping term, only allows to align the desired magnetic direction, ie the vector bo, with the direction of the current actual magnetic direction b, but it is usually necessary to control the attitu of the satellite around three axes, so also to control the angle of rotation around the direction of the vector b.

Pour cela on peut notamment utiliser l'effet gyroscopique inertiel créé par un moment cinétique à bord du satellite, généré par au moins une roue de réaction et/ou une roue cinétique. For this purpose, it is possible to use the inertial gyroscopic effect created by a kinetic moment on board the satellite, generated by at least one reaction wheel and / or a kinetic wheel.

La capacité des magnéto-coupleurs est limitée dans la pratique à une valeur Mmax et il n'est en conséquence pas toujours possible de réaliser la commande souhaitée. Pour obtenir la commande finale en cas de saturation des magnéto-coupleurs, une approche consiste à normaliser la commande vectorielle M par un rapport approprié de façon à conserver la direction de consigne correcte en respectant la limite imposée. The capacity of the magneto-couplers is limited in practice to a value Mmax and it is therefore not always possible to achieve the desired command. In order to obtain the final command in case of saturation of the magneto-couplers, one approach consists in normalizing the vector control M by an appropriate ratio so as to maintain the correct direction of reference while respecting the imposed limit.

De façon synthétique. la commande des magnéto-coupleurs en mode boussole sera alors telle que le vecteur Mi representant la commande projetée et le vecteur Ms substitué à la commande brute ( en l'absence de saturation) soient obtenus par l'algorithme défini par les équations suivantes Mo = [Kbo + D (bo -b)] / B Mi = Mo - (Mo.b). b

Figure img00060001

Comme indiqué plus haut, le mode de pilotage défini par l'algorithme ci- dessus ne permet que d'aligner de façon permanente la direction magnétique de consigne bo sur la dircection magnétique courante champ magnétique extérieur. L'angle d'orientation autour de la direction b n'est pas contrôlé. Divers procédés peuvent être utilisés pour ce dernier contrôle. Une solution avantageuse consiste à utiliser le couple gyroscopique créé par un moment cinétique embarqué (généré par une roue cinétique ou une roue de réaction). In a synthetic way. the command of the magneto-couplers in compass mode will then be such that the vector Mi representing the projected command and the vector Ms substituted for the raw command (in the absence of saturation) are obtained by the algorithm defined by the following equations Mo = [Kbo + D (bo -b)] / B Mi = Mo - (Mo.b). b
Figure img00060001

As indicated above, the control mode defined by the above algorithm only makes it possible to permanently align the magnetic direction of reference bo on the current magnetic direction of the external magnetic field. The orientation angle around the direction b is not controlled. Various methods can be used for the latter control. An advantageous solution consists in using the gyroscopic torque created by an onboard kinetic moment (generated by a kinetic wheel or a reaction wheel).

Les caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description s2 réfere aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma montrant une disposition possible du satellite par rapport au champ terrestre dans le cas d'une orbite polaire ; - la figure 2 est un schéma synoptique destiné a faire apparaître les commandes requises; - la figure 3 montre un profil de convergence correspondant à un cas représentatif. The above characteristics, as well as others, will appear better on reading the following description of particular embodiments given as non-limiting examples. The description s2 refers to the accompanying drawings, in which - Figure 1 is a diagram showing a possible disposition of the satellite with respect to the Earth's field in the case of a polar orbit; FIG. 2 is a block diagram intended to show the commands required; - Figure 3 shows a convergence profile corresponding to a representative case.

Pour simplifier, on considérera le cas d'une orbite polaire basse, illustré en figure 1. En première approximation, les lignes de force du champ géomagnétique se trouvent alors dans le plan de l'orbite. On peut définir un axe de roulis x, un axe de tangage y et un axe de lacet constituant un trièdre orthonormé lié au satellite, ainsi que des angles de roulis (p, de tangage 6 et de lacet W, définis respectivement comme les erreurs d'orientation autour de la direction du vecteur vitesse instantanée, autour de la direction normale au plan orbital et autour de la direction du satellite pointant vers Terre. For simplicity, we will consider the case of a low polar orbit, illustrated in Figure 1. As a first approximation, the lines of force of the geomagnetic field are then in the plane of the orbit. It is possible to define a roll axis x, a pitch axis y and a yaw axis constituting an orthonormed trihedron connected to the satellite, as well as roll angles (p, pitch 6 and yaw angle W, respectively defined as orientation around the direction of the instantaneous velocity vector, around the normal direction to the orbital plane and around the direction of the satellite pointing to Earth.

Le contrôle d'attitude par orientation suivant deux axes par amenée d'un champ magnétique de consigne généré à bord avec la direction du champ magnétique réel courant se fait par mise en oeuvre de trois magnéto-coupleurs 10, et 14 qui sont par exemple disposés le long des axes de roulis, tangage et de lacet. Les courants à fournir aux magnéto-coupleurs sont calcules par calculateur de bord 16 qui comporte une mémoire contenant un modele magnétique de bord 18 et fournit des valeurs de consigne à une source courants 20. Le calculateur commande également la vitesse d'une roue cinétique ou de réaction 24 qui est disposée autrement que dans le plan des axes x et généralement suivant l'axe y. The attitude control by two-axis orientation by bringing a reference magnetic field generated on board with the direction of the current real magnetic field is done by using three magneto-couplers 10 and 14 which are for example arranged along the axes of roll, pitch and yaw. The currents to be supplied to the magneto-couplers are computed by an on-board computer 16 which includes a memory containing an edge magnetic model 18 and supplies current set point values 20. The computer also controls the speed of a kinetic wheel or reaction 24 which is disposed otherwise than in the plane of the x-axis and generally along the y-axis.

Le mode de calcul met en ceuvre les algorithmes définis plus haut. L'attitude n'étant pas contrôlable autour de la direction magnétique par magnéto-coupleurs cette direction est couplée par le moment cinétique la roue avec une autre direction contrôlable, avantageusement selon la direction normale au plan de l'orbite, c'est à dire selon l'axe de tangage y. L'introduction du moment cinétique complète l'action de la loi de pilotage magnétique. Les trois axes sont ainsi stabilisés. The calculation mode implements the algorithms defined above. The attitude is not controllable around the magnetic direction by magneto-couplers this direction is coupled by the kinetic moment the wheel with another controllable direction, preferably in the normal direction to the plane of the orbit, ie along the pitch axis y. The introduction of kinetic momentum completes the action of the magnetic control law. The three axes are thus stabilized.

Le système avec pilotage magnétique et moment cinétique possède deux états d'équilibre, l'un avec le moment cinétique de la roue 24 aligné sur +y, (c'est à dire de sens opposé à la vitesse orbitale) l'autre avec le moment cinétique de la roue aligné sur -y (c'est-à-dire de même sens que la vitesse orbitale). Mais l'étude analytique démontre que seul le second de ces états d'équilibre est stable. Le système, partant d'un état dynamique quelconque, c'est à dire quels que soient les angles et les vitesses angulaires, convergera donc sans ambiguïté vers l'état d'équilibre stable unique où le moment cinétique de la roue est aligné avec -y. The system with magnetic control and kinetic moment has two states of equilibrium, one with the kinetic moment of the wheel 24 aligned with + y (that is to say in the opposite direction to the orbital speed) the other with the kinetic moment of the wheel aligned on -y (ie in the same sense as the orbital velocity). But the analytic study shows that only the second of these equilibrium states is stable. The system, starting from any dynamic state, that is to say whatever the angles and the angular velocities, will thus converge unambiguously towards the unique stable equilibrium state where the kinetic moment of the wheel is aligned with - there.

La figure 3 montre un exemple de profil temporel de convergence du mode boussole à partir de conditions initiales très perturbées, avec variation temporelle rapide des angles d'Euler. Sur la figure 3, les courbes sont tronquées en fin de phase d'acquisition, alors que le régime n'est pas encore stationnaire mais suffisent à montrer qu'au bout de 500 sec on a atteint un pointage vers la Terre meilleur que 10 à partir d'un dépointage initial de 90 . Figure 3 shows an example of a convergence time profile of the compass mode from very disturbed initial conditions, with fast temporal variation of the Euler angles. In Figure 3, the curves are truncated at the end of the acquisition phase, while the regime is not yet stationary but sufficient to show that after 500 sec we reached a score to the Earth better than 10 to from an initial misalignment of 90.

Les performances du mode boussole peuvent être évaluées à partir de deux types d'indicateurs, les performances de pointage en régime convergé (par exemple valeurs de pic et valeurs RMS (erreur quadratique moyenne) sur les trois angles d'Euler (p, 0 et y et l'indicateur de performances de la phase initiale d'acquisition d'attitude. The compass mode performance can be evaluated from two types of indicators, the convergence pointing performance (eg peak values and RMS values on the three Euler angles (p, 0 and y and the performance indicator of the initial phase of attitude acquisition.

Pour ce qui est du premier indicateur, le taux d'utilisation des magneto- coupleurs tous axes confondus peut être un chiffre représentatif. Pour ce qui du second, l'indicateur de performance de l'acquisition (acquisition Terre dans cas d'une mission géocentrique) peut se définir par le temps de convergence à mieux qu'une valeur prédéterminée (10 degrés par exemple), c'est à dire le temps au delà duquel les trois angles d'Euler ne repassent plus au delà 10 degrés. With regard to the first indicator, the utilization rate of all-axis magnetocouplers may be a representative figure. For the second, the performance indicator of the acquisition (Earth acquisition in the case of a geocentric mission) can be defined by the convergence time to better than a predetermined value (10 degrees for example). ie the time beyond which the three angles of Euler do not pass again beyond 10 degrees.

Le niveau des performances dépend d'un grand nombre de facteurs tels que facteurs dynamiques : conditions initiales et moments d'inertie du satellite, capacité des actionneurs : capacité des magnéto-coupleurs et moment cinétique de la roue, précision de mesure du magnétomètre et perturbations magnétiques internes, précision du modèle magnétique mémorisé à bord et précision de la connaissance de la position du satellite en repère Terre, - environnement : couples perturbateurs (aérodynamique, gradient de gravité, magnétique, etc.), - inclinaison dé l'orbite, Dans les conditions actuelles, la meilleure performance de pointage en phase convergée (tous effets cumulés) devrait être de l'ordre de 5 sur les trais angles d'Euler. Lorsqu'une telle performance est compatible avec les exigences opérationnelles de la charge utile le mode boussole peut titre utilisé comme mode nominal aussi bien que comme mode de transition entre l'acquisition initiale après lancement (ou éventuellement séjour en mode survie) et le mode nominal. The level of performance depends on a large number of factors such as dynamic factors: initial conditions and moments of inertia of the satellite, capacity of the actuators: capacity of the magneto-couplers and kinetic moment of the wheel, precision of measurement of the magnetometer and disturbances internal magnetic properties, precision of the magnetic model stored on board and accuracy of the knowledge of the position of the satellite in the Earth marker, - environment: interfering couples (aerodynamics, gravity gradient, magnetic, etc.), - inclination of the orbit, the current conditions, the best converged phase pointing performance (all cumulative effects) should be of the order of 5 on Euler's corner trajectories. When such performance is compatible with the operational requirements of the payload, the compass mode may be used as a nominal mode as well as a transition mode between the initial acquisition after launch (or possibly stay in survival mode) and the nominal mode. .

Le mode boussole fournit une réponse intégrée et d'une grande simplicité dans l'enchaînement acquisition ou survie ---> acquisition Terre ---> pointage trois axes grossier ---> mode normal. The compass mode provides an integrated answer and a great simplicity in the sequence acquisition or survival ---> Earth acquisition ---> three-axis pointing coarse ---> normal mode.

En mode de transition les phases sont réellement intégrées au sein d'un mode de contrôle d'attitude et d'orbite unique. En mode normal la simplicité et le faible besoin en ressources de bord le rendent intéressant pour un système simple, robuste et de faibles consommation et coût. Le pilotage magnétique avec stabilisation par effet gyroscopique obtenue à l'aide d'une roue rend inutile une détermination d'attitude explicite. Le contrôle se tait en quasi boucle ouverte par interaction magnétique entre commande des magnéto-coupleurs et champ géomagnétique local. On n'a besoin ni de capteurs d'attitude tel que gyroscopes, capteurs de Terre, d' étoiles, ou de soleil) ni d' algorithme de restitution. Les seuls capteurs et actionneurs requis sont le magnétomètre trois axes, trois magnéto-coupleurs et une roue cinétique ou de réaction pouvant être pilotée à vitesse fixe. L'utilisation des ressources de bord est donc minimale, en particulier en termes de puissance consommée, compatible phases de fonctionnement total ou partiel sur batteries. In transition mode the phases are actually integrated within a single attitude and orbit control mode. In normal mode the simplicity and the low need for edge resources make it interesting for a simple, robust system with low consumption and cost. Magnetic control with gyro stabilization using a wheel makes an explicit attitude determination unnecessary. The control is kept in quasi open loop by magnetic interaction between control of the magneto-couplers and local geomagnetic field. There is no need for attitude sensors such as gyroscopes, earth, star, or sun sensors) or rendering algorithm. The only sensors and actuators required are the three-axis magnetometer, three magneto-couplers and a kinetic or reaction wheel that can be controlled at a fixed speed. The use of on-board resources is therefore minimal, particularly in terms of power consumed, compatible total or partial phases of operation on batteries.

De plus, le mode boussole est d'une grande simplicité fonctionnelle puisque son seul besoin externe est d'avoir une estimée de la position satellite dans un repère lié à la Terre et opérationnelle puisqu'il ne requiert aucune intervention du sol : l'acquisition et le pointage convergé sont réalisés de façon totalement autonome à bord. In addition, the compass mode is of great functional simplicity since its only external need is to have an estimate of the satellite position in a reference linked to the Earth and operational since it requires no intervention of the ground: the acquisition and the converged pointing are made completely autonomously on board.

Certaines manceuvres d'attitude sont possibles de façon intégrée et naturelle en mode boussole par basculements autour de l'axe du moment cinétique. Par exemple, en orbite inclinée avec pointage géocentrique, un basculement en tangage est simple et peut se faire soit de façon purement magnétique en jouant sur la loi de guidage donnée le vecteur magnétique de consigne bo, soit en modulant la vitesse de la roue autour de sa valeur nominale.  Some attitude maneuvers are possible in an integrated and natural way in compass mode by tilting around the kinetic moment axis. For example, in inclined orbit with geocentric pointing, a pitching pitch is simple and can be done either purely magnetically by playing on the guide law given the magnetic vector setpoint bo, or by modulating the speed of the wheel around its nominal value.

Le satellite prévu pour un fonctionnement mode boussole sera généralement equipé également de tuyères. Des poussées par tuyère de faible amplitude et courte durée peuvent être réalisées en phase pilotée par le mode boussole. poussées sont commandées en boucle ouverte. Les perturbations éventuellement générées par les mésalignements des poussées de tuyère se traduisent par une excitation de la nutation du satellite, qui est rapidement récupérée et amortie par les lois magnetiques. La durée maximum admissible des poussées est choisie en fonction poussées par tuyères, des bras de levier, des mésalignements résiduels des contraintes de pointage de la mission.The satellite intended for a compass mode operation will generally also be equipped with nozzles. Thrusts by low amplitude and short duration nozzle can be carried out in phase controlled by the compass mode. thrusts are controlled in open loop. The disturbances possibly generated by the misalignments of the thrusts of the nozzle result in an excitation of the nutation of the satellite, which is quickly recovered and damped by the magnetic laws. The maximum permissible duration of the thrusts is chosen as a function thrust by nozzles, lever arms, residual misalignments of the constraints of pointing of the mission.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de l'attitude satellite placé sur une orbite terrestre basse suivant lequel - on crée, à l'aide d'au moins trois magnéto-coupleurs, un moment magnétique M colinéaire à ce que serait direction de consigne, constituée par la direction du champ géomagnétique axes satellite (bo) si celui-ci était pointé de façon idéale, afin d'aligner de façon permanente la direction magnétique de consigne (bo) sur la direction magnétique courante (b), et - on contrôle la position angulaire autour de la direction magnétique courante instantanée (b) par un moment cinétique.1. A method of controlling the satellite attitude placed on a low Earth orbit according to which - it is created, using at least three magneto-couplers, a magnetic moment M colinear to what would be direction of instruction, constituted by the direction of the geomagnetic field satellite axes (bo) if it was ideally pointed, in order to permanently align the magnetic direction of reference (bo) on the current magnetic direction (b), and - the position is controlled angular around the instantaneous current magnetic direction (b) by a kinetic moment. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on associe à la commande un terme d'amortissement en créant un moment magnétique Mo total de valeur vectorielle Mo= [Kbo + D(bo - b)] l B où K et D sont des gains, b est le champ magnétique terrestre réel local et B est le module de ce champ.2. Method according to claim 1, characterized in that associated with the command a damping term by creating a magnetic moment Mo total vector value Mo = [Kbo + D (bo - b)] l B where K and D are gains, b is the real local terrestrial magnetic field and B is the modulus of this field. 3. Procédé suivant la revendication caractérisé en ce qu'on génère uniquement la partie de la consigne n'est pas colinéaire au champ magnétique local mesuré.3. A method according to claim characterized in that it generates only the part of the setpoint is not collinear to the measured local magnetic field. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on génère uniquement une partie M donnée par: M = Mo (Mo.b) b. 6. Procédé suivant luné quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les courants dans les magnéto-coupleurs sont commandés simultanément pour maintenir la direction du champ magnétique résultant en cas de saturation de l'un d'entre eux. 6. Procédé suivant l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on génère le moment cinétique par une roue cinétique ou de réaction placée suivant l'axe de tangage du satellite. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le satellite est muni magnétomètre trois axes et de trois magnéto- coupleurs disposés suivant axes de roulis, de tangage et de lacet.4. Method according to claim 3, characterized in that it generates only a part M given by: M = Mo (Mo.b) b. 6. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the currents in the magneto-couplers are controlled simultaneously to maintain the direction of the resulting magnetic field in case of saturation of one of them. 6. Method according to any preceding claim, characterized in that the kinetic moment is generated by a kinetic or reaction wheel placed along the pitch axis of the satellite. 7. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the satellite is provided with a three-axis magnetometer and three magneto- couplers arranged along axes of roll, pitch and yaw.
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