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原文传递天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法及系统

专利名称：	天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法及系统
摘要：	本发明提供一种天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法及系统,包括以下步骤：S1、获取当前时刻的卫星轨道状态、姿态四元数和角速度和空间运动目标轨道状态；S2、使空间运动目标在卫星相机视场中，获取期望卫星姿态下的姿态四元数与卫星体坐标系三轴的空间单位矢量；S3、获取期望卫星姿态下的卫星体坐标系三轴的空间单位矢量的时间导数；S4、根据期望卫星姿态下的卫星体坐标系三轴的空间单位矢量及单位矢量的时间导数计算期望角速度；S5、根据期望卫星姿态下的期望角速度与姿态四元数计算卫星的控制力矩，并根据控制力矩对卫星进行姿态调控。最大程度保证了相机视场对运动目标的捕获。本发明应用于天基态势感知领域。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	湖南航升卫星科技有限公司
发明人：	连一君;项军华
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910207318.X
公开号：	CN109911248A
代理机构：	长沙国科天河知识产权代理有限公司
代理人：	邱轶
分类号：	B64G1/24(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	410000 湖南省长沙市高新开发区麓景路2号中试楼(创富楼)四楼F401-2
主权项：	1.天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法,其特征在于，包括以下步骤： S1、获取当前时刻的卫星轨道状态、姿态四元数和角速度和空间运动目标轨道状态； S2、使空间运动目标在卫星相机视场中，获取期望卫星姿态下的姿态四元数与卫星体坐标系三轴的空间单位矢量； S3、获取期望卫星姿态下的卫星体坐标系三轴的空间单位矢量的时间导数； S4、根据期望卫星姿态下的卫星体坐标系三轴的空间单位矢量及单位矢量的时间导数计算期望角速度； S5、根据期望卫星姿态下的期望角速度与姿态四元数计算卫星的控制力矩，并根据控制力矩对卫星进行姿态调控。 2.根据权利要求1所述天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法，其特征在于，步骤S1中，卫星轨道状态为X＝[R,V]T，R为卫星的地心惯性系位置，V为卫星的地心惯性系速度；姿态四元数为由卫星体坐标系相对地心惯性系定义；角速度为ω＝[ωx,ωy,ωz]T，由卫星体坐标系相对地心惯性系定义；空间运动目标轨道状态为XT＝[RT,VT]T，RT为空间运动目标在地心惯性系中的位置，VT为空间运动目标的地心惯性系速度。 3.根据权利要求1所述天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法，其特征在于，步骤S2中期望卫星姿态下的卫星体坐标系三轴的空间单位矢量的获取过程为： S211、计算当前时刻的空间运动目标相对卫星的位置矢量Rr和速度矢量Vr： Rr＝RT-R Vr＝VT-V S212、设卫星上相机光轴与卫星体坐标系zb轴重合，zb轴在由Rr和Vr构成的相对运动平面内运动以使得空间运动目标在卫星相机视场中，此时期望姿态对应的卫星体坐标系三轴的空间单位矢量为：式中，\|\|·\|\|为矢量的模。 4.根据权利要求1所述天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法，其特征在于，步骤S2中期望卫星姿态下的姿态四元数的获取过程包括： S221、计算从惯性系到卫星体坐标系的转移矩阵MI2B： S222、由MI2B的元素aij(i,j＝1,2,3)计算姿态四元数： trMI2B＝a11+a22+a33 式中，q0为姿态四元数的标部，q＝[q1,q2,q3]T为姿态四元数的矢部。 5.根据权利要求3所述天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括： S31、计算相机光轴所在体坐标系zb轴的单位矢量的时间导数： S32、计算相对速度矢量Vr的时间导数式中，为卫星的质心运动加速度，为空间运动目标的质心运动加速度； S33、计算相机光轴所在体坐标系的xb轴单位矢量的时间导数： 6.根据权利要求5所述天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法，其特征在于，步骤S32中，所述卫星的质心运动加速度的求取过程为：式中，Vp为tp时刻的卫星速度矢量；所述空间运动目标的质心运动加速度的求取过程为：式中，为tp时刻的空间运动目标的速度矢量。 7.根据权利要求5所述天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述期望角速度的计算过程为： 8.根据权利要求1所述天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制方法，其特征在于，步骤S5中，所述控制力矩计算过程为： Lc＝-KΔq-DΔω Δω＝ω-ω* K＝ksgn(Δq0)I D＝diag(d1,d2,d3) 式中，k,di(i＝1,2,3)为正值标量系数，根据具体卫星的转动惯量和执行机构能力进行设置；sgn(*)为符号函数；I为单位矩阵。 9.天基空间运动目标跟踪指向卫星姿态控制系统，包括处理器与存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
所属类别：	发明专利