[发明专利]一种兼顾动态跟踪与定点成像任务的联合姿态机动方法

权利要求书

1.一种兼顾动态跟踪与定点成像任务的联合姿态机动方法，其特征在于步骤如下：

(1)按照卫星三轴解耦控制策略，根据给定的卫星动态跟踪起点姿态、目标姿态，分别规划出卫星三轴各自的梯形目标姿态、角速度曲线；所述梯形目标姿态、角速度曲线包括上升阶段、稳定阶段、下降阶段；

(2)根据上升阶段、下降阶段的目标姿态、角速度、推力器控制力矩参数信息，计算上升阶段、下降阶段内推力器喷气作用时长Δt_thr；

(3)于上升阶段开始时刻，采用角速度跟踪控制作为反馈控制律，利用动量轮反馈+喷气前馈进行姿态控制，实现对上升阶段内卫星的姿态跟踪控制；

(4)于上升阶段结束后，进入平稳阶段，停止喷气，利用动量轮进行姿态反馈控制，实现对平稳阶段内卫星的姿态跟踪控制；

(5)于平稳阶段姿态跟踪控制过程结束后，下降阶段姿态跟踪控制开始时刻，启动反向喷气前馈控制，进入卫星减速阶段；

(6)于卫星减速喷气过程中，通过角速度跟踪控制作为反馈控制律，利用动量轮反馈与喷气前馈进行姿态控制，实现对下降阶段卫星的姿态跟踪控制；

(7)于目标减速喷气过程结束后，进入定点成像任务阶段，将反馈控制律切换为姿态及角速度双回路调节控制以保证姿态指向精度及姿态稳定度，完成定点成像任务前的反馈控制；

所述步骤(1)中，对于卫星任意轴，梯形目标角速度曲线具体为：

(1-1)当t∈[0,T_a)，为角速度上升段，卫星姿态角θ，姿态角速度姿态角加速度关系式如下：

式中，为卫星可以达到的最大角加速度，为常值设计参数，T_a为加速至最大角速度ω_max时对应的时刻，为常值设计参数；

(1-2)当t∈[T_a,T_v)，为角速度稳定段，卫星姿态角θ，姿态角速度姿态角加速度关系式如下：

式中，为卫星可以达到的最大角加速度，T_v为角速度上升段和稳定段的总时长；

(1-3)当t∈[T_v,T_d)，为角速度下降段，卫星姿态角θ，姿态角速度姿态角加速度关系式如下：

式中，为卫星可以达到的最大角加速度，T_d为角速度减速到0的时刻；

所述步骤(2)中，推力器喷气作用时长Δt_thr的计算公式如下：

式中，J为卫星被控轴的转动惯量，M为该轴喷气控制力矩，喷气控制在整个上升阶段、下降阶段内均匀喷气；

所述步骤(3)中，梯形目标角速度上升阶段，利用动量轮反馈及喷气前馈进行姿态控制，以跟踪目标角速度ω_r(t)为参考输入量，采用角速度跟踪控制作为反馈控制量，通过高增益控制压缩跟踪目标喷气结束后的动态过程；

所述步骤(4)中，跟踪目标到达指定跟踪点后，停止喷气，利用动量轮进行姿态反馈控制，以跟踪目标稳态角速度ω_max为参考输入量，采用角速度调节控制作为反馈控制量，通过中低增益控制提升跟踪目标成像跟踪时的角速度平稳性；

所述步骤(5)中，卫星减速阶段中，喷气时长与上升段推力器喷气作用时长Δt_thr相同；

所述步骤(6)中，于梯形目标角速度下降阶段，利用动量轮反馈及喷气前馈进行姿态控制，以跟踪目标角速度ω_r(t)为参考输入量，采用角速度跟踪控制作为反馈控制量，通过高增益控制压缩跟踪目标喷气结束后的动态过程；

所述步骤(7)中，于目标减速喷气过程结束后，进入定点成像任务阶段，将反馈控制律切换为姿态及角速度双回路调节控制，通过中低增益控制提升姿态的平稳性。