[发明专利]一种指向过程中的保测控控制方法

说明书

本发明公开了指向过程中的保测控控制方法，可用于某些在轨服务过程中姿态控制任务。对于某些针对在轨服务任务设计的飞行器，一般配备光学载荷以保证能够实现与目标的相对测量。此外，绝大多数常规卫星都会配置与地面通信的测控天线以保证天地通信正常。本文提出了一种视线指向中测控对地姿态控制，保证严格对目标指向的过程中实现测控的对地，结合测控天线自己的波束角，以保证天地顺利通信。

技术领域

本发明涉及空间安全与维护技术，具体涉及一种指向过程中的保测控控制。

背景技术

随着航天技术应用领域的飞速拓展，空间在轨服务受到越来越多的重视，空间服务飞行器由于任务的特殊性，一般配备光学载荷以保证能够实现与目标的相对测量。此外，绝大多数常规卫星都会配置与地面通信的测控天线以保证天地通信正常。在进行在轨服务时，服务飞行器的姿态一方面需要保证目标星出现在自己光学载荷视场内，以保证实现与目标的相对测量；另一方面还需要保证测控天线对地，以保证实现天地通信正常。一般来说光学载荷主轴与测控天线主轴安装面垂直，比如光学载荷主轴沿+X_b轴，测控天线主轴沿+Z_b轴，当服务飞行器从目标正后方或正前方逼近目标时，通过三轴对地或者偏航轴姿态偏置能够同时满足对目标指向和对地测控需求。但是当逼近方向比较特殊时，单纯的对地控制难以同时满足目标指向和对地测控需求。

发明内容

为了同时保证光学载荷和测控通信正常工作，并提升在轨工况的适用普遍性，本文提出了一种指向过程中对地保测控姿态控制方法，保证严格对目标指向的过程中实现测控的对地，结合测控天线自己的波束角，以保证天地顺利通信。

本发明技术方案是：指向过程中的保测控控制方法，包括：

以保证光学主轴严格指向目标，保证地球矢量方向与测控天线主轴夹角为锐角的基本思路，确定服务飞行器三轴姿态控制策略；

在上述三轴姿态控制过程中，若滚动角计算出现奇异，则通过临近奇异时的积分策略保证平稳跨过奇异状态。

优选的，服务飞行器三轴姿态控制策略具体为：通过相对导航信息得到两星连线方向作为输入，基于目标指向控制约束俯仰、偏航两轴的控制；通过绝对导航得到服务飞行器轨道系与本体系的姿态转换关系，继而基于偏航轴对地需求约束滚动轴控制，以保证本体+Z_b轴与地球矢量方向夹角为锐角。

优选的，通过约束滚动轴控制，保证服务飞行器质心与地球质心连线方向在服务飞行器本体系X_bO_bZ_b平面内，进而保证本体+Z_b轴与地球矢量方向夹角为锐角。

优选的，当服务飞行器质心、目标质心、地心三点共线时，当服务飞行器本体系+X_b轴与轨道系+Z_o(-Z_o)夹角小于防奇异保护阈值时判断滚动角计算出现奇异。

优选的，临近奇异时的积分策略如下：

计算服务飞行器本体系+X_b轴与轨道系+Z_o夹角并判断，若连续n拍夹角小于λ，或连续n拍大于180°-λ时，利用下式计算当前拍k的滚动姿态角

其中ω_box为本体系相对于轨道系角速度在+X_b轴分量，T_ctrl为控制周期，λ为防奇异保护阈值，为上一拍计算的有效的滚动姿态角。

优选的，防奇异保护阈值取值范围5°～10°。

优选的，所述的n取值10-15。

一种指向过程中的保测控控制系统，包括控制模块、奇异判断模块；