[发明专利]适用于临近空间浮空器平台的太阳入射角控制方法

说明书

本发明提供一种适用于临近空间浮空器平台的太阳入射角控制方法，利用太阳敏感器通过测量临空平台相对于太阳的方位姿态信息，算出太阳相对于临空平台的入射角，当太阳入射角超过设定的阈值时，动量飞轮系统根据动量矩守恒原理，在反捻装置消除吊绳扭转的基础上，通过改变飞轮转速调节动量矩大小，从而驱动临空平台水平转动改变方位姿态，最终将临空平台控制在期望的太阳入射角范围内。本发明能够高精度的控制临空平台的方位姿态角，从而控制太阳相对于临空平台的入射角。

技术领域

本发明属于临近空间浮空器平台应用技术领域，具体涉及一种适用于临近空间浮空器平台的太阳入射角控制方法。

背景技术

临空平台在平流层悬浮飞行时，在非常稳定的水平气流作用下，临空平台与高空气球一起平稳随着大气以几十公里/小时的速度漂移。在漂移过程中，微量的气流紊乱会使气球各处所受到的风压不等，由此产生的随机作用力致使气球缓慢旋转，转动速度约为0.01～0.1转/分（rpm），这会造成临空平台吊舱方位上的改变；同时，由于吊舱是通过大约10～100m长的吊绳悬挂在气球下方，且以几十公里/小时的速度快速飞行，稍有变化的气流就会引起吊舱与气球一起做复杂的摆动运动。

如果临空平台的应用场景是在平流层高度进行与太阳基准源观测相关的计量传递定标试验，则临空平台方位角的无序变化一方面会使所搭载光电载荷无法以理想角度接受太阳光照射，甚至可能导致载荷完全无法接收太阳光，另一方面，临空平台方位角的随机转动会导致光电载荷接收到的太阳光强不够均一稳定，对于临空计量传递定标应用而言，会引入随机误差。因此，要想在平流层高度准确稳定的进行与太阳基准源观测相关的计量传递定标试验，必须高精度的控制临空平台的方位姿态角，从而控制太阳相对于临空平台的入射角。

目前，国内外对于在临近空间浮空器平台的应用较少，对于临空平台方位角和临空平台与太阳间入射角的控制方面，也没有相关的研究。

发明内容

针对目前临近空间浮空器平台在太阳入射角控制中存在的问题，在深入探究动量飞轮系统与反捻装置对于临空平台方位角控制原理的基础上，本发明提供一种适用于临近空间浮空器平台的太阳入射角控制方法，其利用太阳敏感器、反捻装置和动量飞轮系统控制太阳与临空平台间入射角系统。太阳敏感器通过测量临空平台相对于太阳的方位姿态信息，算出太阳相对于临空平台的入射角，当太阳入射角超过设定的阈值时，动量飞轮系统根据动量矩守恒原理，在反捻装置消除吊绳扭转的基础上，通过改变飞轮转速调节动量矩大小，从而驱动临空平台水平转动改变方位姿态，最终将临空平台控制在期望的太阳入射角范围内。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于临近空间浮空器平台的太阳入射角控制方法，包括如下步骤：

步骤1、根据临空平台对日观测载荷对太阳入射角的要求，将太阳敏感器与临空平台方位轴、横滚轴和俯仰轴固连安装，并建立太阳入射角和临空平台方位角的几何转换模型，将动量飞轮系统中心轴与临空平台方位轴重合安装；

步骤2、太阳敏感器获取太阳实际入射角数值，并将获取的太阳实际入射角数值与期望数值做比较，获得入射角差值；

步骤3、若入射角差值未超过阈值，则向动量飞轮系统发送姿控平稳状态维持指令，若入射角差值超过阈值，则向动量飞轮系统发送姿控调节指令；

步骤4、动量飞轮系统根据调节指令调整临空平台方位角；

步骤5、经过反转动量飞轮系统的飞轮调整临空平台，再次测量太阳实际入射角数值，并与期望数值进行比较，并重复步骤3和步骤4，直到结束临空平台飞行任务。

进一步地，所述步骤2包括：

若太阳敏感器获取的太阳入射光与临空平台方位轴夹角为，临空平台搭载的对日观测载荷的太阳入射角的期望数值为，则入射角差值。

进一步地，所述步骤3包括：