[发明专利]一种敏捷卫星姿态机动确定系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种敏捷卫星的姿态机动确定系统，可通过卫星姿态执行机构的力矩输出能力和姿态角速度的测量能力设计卫星姿态机动的实现过程，对卫星平台技术指标的分解和成像模式的设计和规划都可提供能力实现的技术指标依据。

背景技术

高分辨率对地观测数据已经成为国民经济建设和国家安全的基础性、战略性资源，获取高分辨率对地观测数据是国民经济建设和国家安全的紧迫需求，具有重要的战略意义。小卫星借助姿态敏捷机动能力可以实现高空间分辨率成像和快速的系统响应；还可实现包括点目标成像、多条带拼接成像和同轨立体成像等多种模式成像，具有多功能的特点。高分辨率敏捷卫星成像模式决定了平台必须能够提供大范围快速姿态机动能力。但制约平台快速姿态机动能力的关键是姿态执行机构的力矩输出能力和姿态角速度的测量能力。为了在有限条件下实现最大范围的姿态机动，必须在约束条件下对姿态机动能力进行评估，根据估算的指标值进行姿态机动的过程优化设计，以保证多种成像模式的实现。

一个最佳的卫星平台设计方案，不仅需要着眼于卫星的应用需求，完成成像任务，更需要考虑平台各系统的优化设计，从平台顶层考虑，进行合理规划，对平台指标的分解，需要平台的总体参数包括能源流、信息流和物质流在各个子系统之间的合理分配，该分配是一个迭代、优化、再分解的反复设计过程。卫星的姿态机动任务变化会直接改变卫星的能源消耗，卫星平台需要根据姿态机动的能量消耗充分考虑整星能源平衡，以该计算值作为输入对平台的技术指标进行再分解、再设计。

敏捷卫星姿态机动确定系统涉及两个技术指标的计算：(1)针对关键点姿态机动任务机动时间的计算，其中包括姿态机动过程的优化设计方法。(2)对任意姿态机动任务所对应的机动时间计算。该姿态机动确定系统将会最大程度上解决现有的姿态执行机构的能力制约、姿态角速度测量能力的制约与卫星平台姿态机动任务需求之间的冲突问题，将最大限度的充分利用姿态执行机构现有的力矩输出完成最大范围的姿态机动角度。并且利用计算出的姿态机动能量消耗对平台的指标进行分解优化设计。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有姿态控制执行机构力矩输出能力的技术不足，提供了一种敏捷卫星姿态机动确定系统，该系统可通过卫星姿态执行机构的力矩输出能力和姿态角速度的测量能力设计卫星姿态机动的实现过程，对卫星平台技术指标的分解和成像模式的设计和规划都可提供能力实现的技术指标依据。

本发明的技术解决方案是：一种敏捷卫星姿态机动确定系统，包括：条件约束设置模块、姿态机动过程设计模块、任意姿态机动任务计算模块、姿态机动任务需求模块；

姿态机动任务需求模块根据卫星应用需求设计成像模式，并根据成像模式确定卫星平台的关键点姿态机动角度值，并将该角度值分别输入给姿态机动过程设计模块和任意姿态机动任务计算模块；

条件约束设置模块输出姿态执行机构能够输出的最大力矩和姿态测量器件能够测量的最大角速度给姿态机动过程设计模块；

姿态机动过程设计模块根据姿态执行机构能够输出的最大力矩、姿态测量器件能够测量的最大角速度和关键点姿态机动角度值输出关键点的姿态机动角度所对应的姿态机动时间，并将该关键点的姿态机动时间输入给任意姿态机动任务计算模块；

任意姿态机动任务计算模块根据关键点的姿态机动角度和关键点的姿态机动时间拟合出任意姿态机动任务的姿态机动时间值。

还包括姿态机动能量消耗确定模块，姿态机动能量消耗确定模块根据任意姿态机动任务计算模块输出的任意姿态机动任务的姿态机动时间值计算姿态机动能量消耗值，该能量消耗值指导卫星平台的方案设计。

姿态机动过程设计模块是根据姿态执行机构力矩输出的约束条件和姿态角速度测量能力的约束条件对整个姿态机动过程进行规划，计算出关键点的姿态机动时间，姿态机动时间确定方法为：

1)根据卫星平台中姿态执行机构的最大力矩T和卫星平台的转动惯量I计算卫星平台姿态机动的最大角加速度θ··max=T/I;]]>