[发明专利]一种姿轨控机动作用下柔性部件指向获取方法

说明书

一种姿轨控机动作用下柔性部件指向获取方法，首先对反射面天线进行结构有限元建模，进而建立卫星刚柔耦合动力学模型，获取反射面天线振动模态向量；然后建立卫星姿态控制作用模型，进而与卫星刚柔耦合动力学模型组成控制闭环作用下卫星动力学模型；最后，建立天线辐射场强在天线振动模态空间下的表达式，建立整星系统在轨状态动力学‑姿控‑天线辐射综合模型；根据卫星在轨工作激励数据仿真得到卫星天线振动的时变模态坐标，代入天线辐射场模态空间表达式，即可获取在轨工作模式对天线辐射场强影响的动态变化情况。

技术领域

本发明一种姿轨控机动作用下柔性部件指向获取方法，针对大型可展开索网反射面天线在轨工作过程，用于卫星在轨工作引起的天线振动导致的天线指向变化分析技术领域。

背景技术

随着航天器任务要求的不断提高，航天器的复杂度正在不断上升，越来越多的大型柔性部件都在航天器上实现了在轨应用。近年来，作为卫星重要有效载荷的星载天线呈指向高精度和结构大型化的发展趋势。星载大口径反射面天线属于典型的大型柔性部件，我国也正在研制各类带有大型反射面天线的新型航天器。这类航天器属于大柔性、低频率、弱阻尼的复杂动力学系统，同时又对天线波束指向精度和稳定度、型面精度指标要求十分严格。然而，卫星在轨工作成像过程中的位保、姿态机动、太阳翼驱动、偏航导引等工作模式，对大型柔性天线成像影响极其敏感。将会引起大型反射面天线振动，进而影响天线成像期间的波束指向稳定度等指标，降低卫星成像质量。大型反射面天线工作频段较高，反射面型面变形对天线的辐射性能影响较大，由大型可展开薄膜或索网反射面天线的波束指向要求，对天线的结构设计与工艺提出了更高的要求。高结构精度要求可提高天线的工作性能，但也会大幅提高成本。因此，需要研究结构振动对天线波束指向影响，找到影响指向精度的主要因素，进而才能给出提高指向精度合理的解决方法。因此，实现姿轨控机动作用下柔性部件指向获取方法是提高星载大型反射面天线指向精度的基础。

目前，针对天线波束指向分析的传统方法多为静态的天线型面下的波束指向分析。而对于星载天线，平台是在自由边界下的，同时卫星带有姿态控制系统作用，星本体的运动必然引起大型反射面天线的结构振动，天线结构是时变而非静态的，天线的型面变形时刻发生变化，其波束指向也在时刻发生变化。对这种平台自由浮动、天线结构振动过程的波束指向分析，仅仅采用静态的天线型面下的波束指向分析无法给出整个振动过程的天线的波束指向变化，无法高效的给出最恶劣的天线波束指向误差，这样显然无法满足工程需求。天线的波束指向分析应当在整星系统下开展，给出结构振动到波束指向的直接关系，实现天线时域振动过程的指向分析。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供了一种姿轨控机动作用下的柔性部件指向获取方法。通过整星动力学、姿态控制、波束指向的综合模型，在整星系统级层面，实现姿轨控作用下天线结构振动时变过程的波束指向分析。

本发明解决的技术方案为：一种姿轨控机动作用下柔性部件指向获取方法，步骤如下：

(1)建立整星刚柔耦合动力学模型。

其中(1)式为系统质心平动运动方程，(2)式为系统绕质心的转动运动方程，(3)、(4)为太阳翼控制方程，(5)、(6)为太阳翼振动方程，(7)为天线振动方程。式中：

ω_s为卫星中心体的角速度列阵；

为角速度列阵的反对称阵；

M为卫星质量阵；

I_s为卫星惯量阵；