[发明专利]用于星敏视场保护的卫星姿态导引方法及其系统

权利要求书

1.一种用于星敏视场保护的卫星姿态导引方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：根据卫星轨道高度和星敏视场保护角确定星敏光轴矢量在卫星本体系中的朝向，以此划分光照区以及阴影区；

步骤S2：根据步骤S1所划分得到的日照区，建立光照区对日定向导引参考系；

步骤S3：根据步骤S1所划分得到的阴影区，建立阴影区导引参考系；

步骤S4：星敏根据步骤S2得到的光照区对日定向导引参考系以及步骤S3所得的阴影区导引参考系引导卫星姿态调整；

在所述步骤S2中，具体包括如下步骤：

建立光照区对日定向导引参考系，以保证星敏全程不受太阳或地球的干扰，同时维持卫星三轴稳定对日定向，卫星按照导引律绕对日轴慢旋；

所述建立光照区对日定向导引参考系的建立步骤如下：

在光照区中间时刻，建立对日定向坐标系，设为R_L1，其定义如下：

1)原点O_L1在卫星质心O_c；

2)O_L1Z_L1轴为卫星质心指向太阳的单位矢量SS；

3)O_L1X_L1轴由轨道面法向单位矢量n与卫星质心指向太阳的单位矢量SS叉乘得到，即：

4)O_L1X_L1轴、O_L1Y_L1轴、O_L1Z_L1轴满足右手法则；

从而可得坐标系R_L1

以对日定向坐标系R_L1为参考，建立光照区姿态控制参考坐标系R_L2，坐标系R_L2是在R_L1的基础上根据轨道时间旋转得到的，设光照区姿态控制参考坐标系为：

在一个轨道周期内，以出地影时刻t_out为起点，设光照区时长为t_gz，参考坐标系R_L2是一个时变的坐标系，通过绕对日轴慢旋，保证在整个光照区星敏不受地球的影响，参考坐标系R_L2可根据对日定向坐标系R_L1结合时间得到，设星上时间为t，则当t_out≤t≤t_out+t_gz时为光照区，期间参考坐标系计算公式如下

其中，R_-z表示绕-O_L1Z_L1轴旋转的转换矩阵，可将上式展开为

在光照区，要求卫星本体坐标系的-O_bZ_b与O_L2Z_L2重合、O_bX_b与O_L2X_L2重合、O_bY_b与-O_L2Y_L2重合，卫星三轴受控，根据导引律绕O_bZ_b轴慢旋；

步骤3中建立阴影区导引参考系，保证星敏不受地球的干扰，维持卫星三轴稳定控制，同时保证出地影即对日定向，确保能源；

所述建立阴影区导引参考系的建立步骤如下：

以对日定向坐标系R_L1为参考，建立阴影区姿态控制参考坐标系R_L3，为了保证整轨星敏可用，坐标系R_L3是在R_L1的基础上根据轨道时间旋转得到的，光照区结束时刻t的姿态控制参考坐标系为

设阴影区姿态控制参考坐标系为

在一个轨道周期内，以出地影时刻t_out为起点，设光照区时长为t_gz，设阴影区时长为t_yy，参考坐标系R_L3是一个时变的坐标系，计算如下：

在时间段内，以R_L2(t＝t_out+t_gz)为参考，绕O_L2Y_L2旋转180°，即

根据上式，有

2)在时间段内，以为参考，绕O_L3Z_L3旋转180°，即

根据上式，有

3)在时间段内，以为参考，绕O_L3Y_L3旋转180°，即

根据上式，有

然后卫星回到光照区，参考系为

可见在出地影时刻前后，地影期参考坐标系与光照区参考坐标系一致，因此可以保证在卫星整轨运行期间无参考系的突变情况。