技術領域

本發明屬于航天器姿態快速機動及高穩定度姿態控制領域，涉及一種衛星轉動慣量的在軌辨識方法。

背景技術

隨著衛星技術的不斷發展，遙感衛星的應用也越來越普遍。其中，以高分辨率對地觀測和立體測繪為代表的遙感衛星，往往需要通過高精度指向控制和快速姿態機動，實現對觀測地區的單景成像、區域成像、大面積成像和機動巡查。根據該衛星的任務和工作模式需求，姿軌控分系統必須具備頻繁快速機動和快速穩定能力。為滿足衛星姿態快速機動和快速穩定的要求，采用前饋與反饋的復合控制策略是較為合理的。其中前饋控制的基本思想為按照設計的運動規律，直接驅動衛星姿態機動，以滿足快速性要求。由于前饋控制回路不需要等到輸出量發生變化并形成偏差才產生作用，避免了系統響應的滯后效應，因此對于提高快速性是非常有利的。

然而，前饋補償使用的前提是前饋力矩與星體轉動慣量相匹配，否則將出現過補償或者欠補償，反而不利于機動后的快速穩定。由于目前星體轉動慣量難以準確計算且隨時間會發生緩慢變化，因此現有衛星轉動慣量通常是根據地面收集的衛星歷史數據，通過人工經驗判斷得到的，因此星體轉動慣量的獲取精度較低，進而導致與其匹配的前饋力矩的誤差較大，進而導致無法實現衛星姿態快速機動和快速穩定。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種衛星轉動慣量的在軌辨識方法。該方法根據衛星當前姿態機動三軸慣性角速度和三軸控制力的在軌數據，實時更新姿態機動前饋力矩，從而可以解決現有無法實現衛星姿態快速機動和快速穩定的問題。

本發明的技術解決方案是：一種衛星轉動慣量的在軌辨識方法，包括如下步驟：

(1)采集衛星當前姿態機動三軸慣性角速度和三軸控制力矩；

(2)獲取所述姿態機動三軸慣性角速度對應的多項式擬合公式；

(3)根據所述多項式擬合公式，確定所述姿態機動三軸慣性角速度對應的姿態機動角加速度；

(4)根據所述姿態機動角加速度和所述三軸控制力矩獲取衛星轉動慣量；

(5)根據所述衛星轉動慣量獲取姿態機動前饋力矩并對當前姿態機動前饋力矩進行更新。

進一步地，根據所述姿態機動角加速度和所述三軸控制力矩獲取衛星轉動慣量的方法為：

根據公式進行計算，其中，為姿態機動角加速度，I_sat為衛星轉動慣量，為三軸控制力矩，J₁₁-J₃₃為衛星轉動慣量對應的矩陣元素，J₂₁與J₁₂、J₃₁與J₁₃、以及J₃₂與J₂₃分別相等。

進一步地，根據所述衛星轉動慣量獲取姿態機動前饋力矩的方法為：

根據公式進行計算，其中，為姿態機動前饋力矩，為期望角加速度，為實時采集的姿態機動三軸慣性角速度。

進一步地，所述姿態機動三軸慣性角速度對應的多項式擬合公式為為通過所述多項式擬合公式計算的姿態機動三軸慣性角速度，t為姿態機動三軸慣性角速度對應的采集時間，n為多項式擬合公式的階數，a₀-a_n為與階數n對應的常數。

進一步地，根據確定的所述多項式擬合公式，確定所述姿態機動三軸慣性角速度對應的姿態機動角加速度的方法為：

對所述多項式擬合公式進行微分運算，得到所述姿態機動角加速度對應的計算公式為姿態機動角加速度。

本發明與現有技術相比的優點在于：本發明通過實時采集衛星當前在軌數據，即采集姿態機動三軸慣性角速度和三軸控制力矩，并根據實時采集的姿態機動三軸慣性角速度和三軸控制力矩進行多項式擬合運算得到當前衛星轉動慣量，從而可以提高衛星轉動慣量的獲取精度，此時根據衛星轉動慣量獲取的姿態機動前饋力矩的精度也較高，計算誤差較小，進而實現了衛星姿態快速機動和快速穩定。

附圖說明

圖1為本發明方法的流程框圖。

具體實施方式

本發明方法的流程框圖如圖1所示，下面對圖1中本發明方法的具體步驟進行詳細闡述：

(1)采集衛星當前姿態機動三軸慣性角速度和三軸控制力矩。