[发明专利]一种变轨期间自主故障检测恢复控制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器变轨期间自主故障检测自主恢复控制的方法，在经系统故障检测后，自主设置变轨流程，无需地面支持，即可继续轨控。

背景技术

卫星轨控期间的星上自主故障检测是指卫星在不受地面干预的情况下，能够通过星上设置好的故障检测手段较及时地进行故障判别，继而采取相应的故障对策。而星上自主恢复控制是指在某种情况下，控制中断后星上能够自行恢复控制。

目前国内静止轨道卫星的变轨控制多采用地面控制的方式，在变轨过程中若出现姿态持续振荡，贮箱压力变化异常等情况后，由地面进行故障诊断，然后采取措施关掉轨控发动机，终止轨道控制。中低轨道卫星具有一定的自主轨控的能力。但在轨控过程中出现姿态异常等现象，仍然自主退出轨控阶段，从而终止轨控。轨控终止后，待地面排除故障后，再择机进行轨控。这种控制策略，使轨控的实际实施时间与要求的轨控时刻偏差较大，对轨控实施时机要求不严的卫星轨控比较适用，但对于有唯一轨控窗口要求的卫星(如月球探测卫星)却不再适用。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出了一种在自主轨控期间，星上自主进行故障判别，并能自主恢复轨控的控制方法，可提高关键性变轨的可靠性，保证轨道控制及时、准确地实施。而且能够更好地保证轨控唯一窗口(不允许终止轨控后再择机重新进行轨控)的实现。

本发明的技术解决方案：一种变轨期间自主故障检测恢复控制的方法，其特征在于包括：

(1)自主故障检测：首先，在自主变轨方法的恒星捕获阶段和恒星定向阶段，设定卫星姿态超限以及喷气量为故障判断条件；在自主变轨方法的惯性调姿阶段，设定卫星惯性调姿时间为故障判断条件；在自主变轨方法的轨控定向阶段，选取姿态超限为故障判断条件；然后，在变轨过程中引入故障判断条件，在恒星捕获阶段和恒星定向阶段，对卫星姿态以及喷气量进行检测，判断卫星是否姿态超限或是喷气量过多；在惯性调姿阶段，对卫星进行惯性调姿的时间进行检测，判断调姿的时间是否超过预计的调姿时间；在轨控定向阶段，对卫星的姿态进行检测，判断卫星点火姿态是否超过限定的范围；如果在任一阶段检测到出故障，便设置轨控故障标志，转入自主恢复控制阶段，如果在整个故障检测过程中，均未出现满足故障判断条件的情况时，轨控发动机正常关机，轨控过程结束。

(2)自主恢复控制：当卫星自主检测出故障，进入恢复控制时，星上自主控制卫星进入速率阻尼阶段，在速率阻尼阶段下，根据星敏感器的工作状态设置卫星姿态估计的初始值，同时利用陀螺与星敏感器组合定姿方法修正卫星估计姿态；待卫星的姿态角速度阻尼成功后，自主转入恒星捕获阶段，在恒星捕获阶段，重新设置轨控流程，即设定后续变轨过程中各阶段的开始时间，根据重新设定的时间，卫星自主转入相应的工作阶段，恢复轨控。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明在变轨过程中引入适当的故障检测原则，可自主终止轨控，并经一个过渡阶段后，自主设置轨控流程，恢复轨控，保证轨道控制及时、准确地实现。

(2)本发明通过轨控的自主恢复技术，保证了变轨控制的及时性、可靠性，是一种保证关键性变轨点轨控实施的有效措施。

(3)本发明的自主故障检测恢复控制的方法中依据的自主变轨是恒星捕获、惯性调姿、恒星定向和轨控定向相结合的适用深空探测卫星的自主变轨方法。

(4)本发明所依据的自主变轨方法采用由程序时间控制的自主控制流程，简化变轨过程中的地面操作流程，更加提高了变轨可靠性。

(5)本发明的自主故障检测恢复控制的方法可靠。可广泛应用于各种类型卫星的轨道控制。特别适用于有关键点或是唯一窗口变轨要求的航天器的轨道控制。

附图说明

图1为本发明自主故障检测流程图；

图2为本发明故障恢复控制流程图；

图3为本发明采用的自主变轨方法流程图；

图4为基于脉宽调制(PWM)的PID和滤波校正喷气姿态控制的原理图；

图5为PID和滤波器校正环节示意图；

图6为PWM常值输入等效关系示意图；

图7为轨控发动机双保险关机方法示意图。

具体实施方式