《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》是上海新躍儀表廠於2014年9月2日申請的專利，該專利的申請號為2014104419368，公布號為CN104181930A，授權公布日為2014年12月3日，發明人是豐保民、朱虹、葉立軍、季誠勝、陳占勝、王蕊、徐峰、朱文山、謝挺。該發明涉及一種衛星的控制技術。
《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》包含：測算當前時刻的太陽高度角和衛星偏航軸姿態；根據兩個不同時刻的太陽高度角得到太陽相對衛星運動方向；根據當前時刻的太陽高度角確定衛星偏航軸期望姿態；根據當前時刻的太陽高度角、當前時刻的衛星偏航軸姿態和太陽相對衛星運動方向，確定偏航機動目標值和偏航機動模式；衛星執行機構啟控，控制衛星從當前時刻的衛星偏航軸姿態至衛星偏航軸期望姿態進行偏航軸姿態機動。該發明通過衛星的偏航軸姿態機動，使衛星形成了近似固定的背陽面，星敏感器布局設計可以避開陽光照射，保護了星敏感器，確保了星敏感器測量數據的連續輸出。
2020年7月，《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》獲得第二十一屆中國專利銀獎。
（概述圖為《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法
- 類別：專利
- 公布號：CN104181930A
- 公布日：2014年12月3日
- 申請號：2014104419368
- 申請日：2014年9月2日
- 申請人：上海新躍儀表廠
- 地址：上海市徐匯區宜山路710號
- 發明人：豐保民、朱虹、葉立軍、季誠勝、陳占勝、王蕊、徐峰、朱文山、謝挺
- 分類號：G05D1/10（2006.01）I
- 專利代理機構：上海信好專利代理事務所
- 代理人：張靜潔、包姝晴
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
傾斜軌道衛星對實現某種特定的任務目標具有更多的優勢，在某些如電子偵察、科學觀測、導航星座等領域中，傾斜軌道衛星得到了較為廣泛的套用。但是傾斜軌道上，太陽會從軌道面的一側連續地運動到另一側，太陽光與軌道面夾角（太陽高度角β）會在-90°～90°之間連續地變化。傾斜軌道衛星在軌光照情況複雜是衛星研製的難點。
其缺點在於：傾斜軌道衛星不論星敏感器如何布局，太陽光都將進入星敏感器視場，難以滿足姿態測量數據連續輸出的要求，並且陽光照射會對星敏感器造成損害；傾斜軌道上太陽相對衛星的位置變化為二維運動，衛星僅使用一維驅動太陽電池陣不能保證帆板始終對日，不能滿足能源供應要求；傾斜軌道星體各面均能受到陽光照射，難以選擇固定散熱面，給熱控設計帶來很大困難。
發明內容
專利目的
《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》的目的在於提供一種使衛星能夠適應傾斜軌道複雜的太陽光照環境的傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法。
技術方案
《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》包含：
測算當前時刻的太陽高度角β1和衛星偏航軸姿態ψ1；
根據兩個不同時刻的太陽高度角得到太陽相對衛星運動方向；
根據當前時刻的太陽高度角β1確定衛星偏航軸期望姿態ψ0；
根據當前時刻的太陽高度角β1、當前時刻的衛星偏航軸姿態ψ1和太陽相對衛星運動方向，確定偏航機動目標值和偏航機動模式；
衛星執行機構啟控，控制衛星從當前時刻的衛星偏航軸姿態ψ1至衛星偏航軸期望姿態ψ0進行偏航軸姿態機動。
根據當前時刻的太陽高度角β1確定衛星偏航軸期望姿態ψ0具體包含：
若0°≤β1<40°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=0°；
若40°≤β1<90°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=-90°；
若-40°≤β1<0°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=180°；
若-90°≤β1<-40°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=90°。
確定偏航機動目標值和偏航機動模式包含：
若β1≥40°且ψ1=0°，則衛星進行0°至-90°偏航軸姿態機動；
若β1≤40°且ψ1=-90°，則衛星進行-90°至0°偏航軸姿態機動；
若β1≤2°且ψ1=0°，太陽相對衛星運動方向=-1，則衛星進行0°至180°偏航軸姿態機動；
若β1≤-40°且ψ1=180°，則衛星進行180°至90°偏航軸姿態機動；
若β1≥-40°且ψ1=90°，則衛星進行90°至180°偏航軸姿態機動；
若β1≥-2°且ψ1=180°，太陽相對衛星運動方向=1，則衛星進行180°至0°偏航軸姿態機動。
衛星進行偏航軸姿態機動到位後，更新衛星上的系統狀態設定。
太陽高度角按照：0°→90°→0°→-90°→0°的順序為規律周期性變化；每個變化周期內進行偏航軸姿態機動。
在太陽高度角的一個變化周期內，衛星進行6次偏航軸姿態機動。
上述衛星進行偏航軸姿態機動的幅度為90°或180°。
改善效果
《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》和2014年9月以前所用技術的傾斜軌道衛星技術相比，其優點在於，該發明通過衛星的偏航軸姿態機動，使衛星形成了近似固定的背陽面，星敏感器布局設計可以避開陽光照射，保護了星敏感器，確保了星敏感器測量數據的連續輸出；
該發明通過衛星星體的偏航軸姿態機動，衛星配置一維驅動太陽電池陣即可實現帆板對日定向，確保滿足能源供應要求；
該發明星體偏航軸姿態機動控制技術已經成熟，通過星體偏航機動，可以使衛星適應傾斜軌道複雜的光照情況，提高了姿控系統的可靠性；
該發明通過偏航軸姿態機動，使衛星具有了固定的散熱面，解決了整星熱控設計的困難。
附圖說明
圖1為《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》一種流程圖；
圖2為《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》一種實施示意圖。
權利要求
1.《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》其特徵在於，該方法包含：
測算當前時刻的太陽高度角β1和衛星偏航軸姿態ψ1；
根據兩個不同時刻的太陽高度角得到太陽相對衛星運動方向；
根據當前時刻的太陽高度角β1確定衛星偏航軸期望姿態ψ0；
根據當前時刻的太陽高度角β1、當前時刻的衛星偏航軸姿態ψ1和太陽相對衛星運動方向，確定偏航機動目標值和偏航機動模式；衛星執行機構啟控，控制衛星進行從當前時刻的衛星偏航軸姿態ψ1至衛星偏航軸期望姿態ψ0的偏航軸姿態機動；確定偏航機動目標值包含：
根據當前時刻的太陽高度角β1確定衛星偏航軸期望姿態ψ0；
若0°≤β1<40°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=0°；
若40°≤β1<90°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=-90°；
若-40°≤β1<0°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=180°；
若-90°≤β1<-40°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=90°。
2.如權利要求1所述的傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法，其特徵在於，確定偏航機動模式包含：
若β1≥40°且ψ1=0°，則衛星進行0°至-90°偏航軸姿態機動；
若β1≤40°且ψ1=-90°，則衛星進行-90°至0°偏航軸姿態機動；
若β1≤2°且ψ1=0°，太陽相對衛星運動方向=-1，則衛星進行0°至180°偏航軸姿態機動；
若β1≤-40°且ψ1=180°，則衛星進行180°至90°偏航軸姿態機動；
若β1≥-40°且ψ1=90°，則衛星進行90°至180°偏航軸姿態機動；
若β1≥-2°且ψ1=180°，太陽相對衛星運動方向=1，則衛星進行180°至0°偏航軸姿態機動；
其中，在時刻t0，計算得到t0時刻的太陽高度角β0；在當前時刻t1，t1>t0，計算得到t1時刻的太陽高度角β1；計算太陽高度角變化△β=β1-β0；若△β＞0，則太陽相對衛星運動方向Dflag=1；若△β＜0，則太陽相對衛星運動方向Dflag=-1。
3.如權利要求1所述的傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法，其特徵在於，衛星進行偏航軸姿態機動到位後，更新衛星上的系統狀態設定。
4.如權利要求1所述的傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法，其特徵在於，太陽高度角按照：0°→90°→0°→-90°→0°的順序為規律周期性變化；每個變化周期內進行偏航軸姿態機動。
5.如權利要求1或4所述的傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法，其特徵在於，在太陽高度角的一個變化周期內，衛星進行6次偏航軸姿態機動。
6.如權利要求1所述的傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法，其特徵在於，所述衛星進行偏航軸姿態機動的幅度為90°或180°。
實施方式
《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》考慮整星熱控要求和姿態敏感器視場要求，控制衛星偏航軸進行幅度為90°和/或180°的姿態機動。在一個太陽高度角變化周期（約4個月）內，衛星共進行6次偏航姿態機動。上述太陽高度角周期性變化的順序依次是：0°至90°，由90°至0°，再由0°至-90°，最後由-90°至0°。每個變化周期內採用上述傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法進行偏航機動控制。
如圖1所示，該自主控制方法具體包含以下步驟：
步驟1、測算當前時刻的太陽高度角β1和衛星偏航軸姿態ψ1。
步驟2、根據兩個不同時刻的太陽高度角得到太陽相對衛星運動方向Dflag。
具體方法流程如下：
在時刻t0，計算得到t0時刻的太陽高度角β0；
在時刻t1（t1>t0），計算得到t1時刻的太陽高度角β1；
計算太陽高度角變化△β=β1-β0；
若△β＞0，則太陽相對衛星運動方向Dflag=1；
若△β＜0，則太陽相對衛星運動方向Dflag=-1。
步驟3、根據當前時刻的太陽高度角β1確定衛星偏航軸期望姿態ψ0。
若0°≤β1<40°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=0°。
若40°≤β1<90°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=-90°。
若-40°≤β1<0°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=180°。
若-90°≤β1<-40°，則衛星偏航軸期望姿態ψ0=90°。
步驟4、根據當前時刻的太陽高度角β1、當前時刻的衛星偏航軸姿態ψ1和太陽相對衛星運動方向，確定偏航機動目標值和偏航機動模式。
若β1≥40°且ψ1=0°，則衛星進行0°至-90°偏航軸姿態機動；
若β1≤40°且ψ1=-90°，則衛星進行-90°至0°偏航軸姿態機動。
若β1≤2°且ψ1=0°，太陽相對衛星運動方向=-1，則衛星進行0°至180°偏航軸姿態機動。
若β1≤-40°且ψ1=180°，則衛星進行180°至90°偏航軸姿態機動。
若β1≥-40°且ψ1=90°，則衛星進行90°至180°偏航軸姿態機動。
若β1≥-2°且ψ1=180°，太陽相對衛星運動方向=1，則衛星進行180°至0°偏航軸姿態機動。
步驟5、衛星執行機構啟控，控制衛星從當前時刻的衛星偏航軸姿態ψ1至衛星偏航軸期望姿態ψ0進行偏航軸姿態機動。衛星進行偏航軸姿態機動到位後，更新衛星上的系統狀態設定。
如圖2所示，為該發明傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法的一個實施例。
在起始狀態，即狀態1處，太陽位於衛星的-Y側。隨著太陽與衛星軌道的運動，太陽高度角會正向增大。當太陽高度角在40°附近時，衛星進行0°至-90°的偏航姿態機動，成為狀態2（偏航姿態偏置-90°）。此時太陽每軌交替照射在衛星的+Y側和-Y側，但是太陽光與星體+Y/-Y面的夾角將會逐漸變小，最小可達3°以內。
在衛星偏航姿態偏置-90°期間裡，隨著太陽的運動，太陽高度角的變化過程為先逐漸增大到接近90°再逐漸減小。當太陽高度角逐漸減小到40°附近時，衛星進行-90°至0°的偏航姿態機動，成為狀態3（偏航姿態偏置0°）。此時太陽仍然照射在衛星的-Y面。
隨後太陽高度角繼續減小且太陽將運動到衛星的+Y側，為保證星敏規避太陽光，當太陽高度角在2°～0°範圍內衛星進行0°至180°的偏航姿態機動，成為狀態4（偏航姿態偏置180°）。機動完成後，太陽仍將照在衛星的-Y側，確保全裝有星敏感器和散熱面的衛星+Y側為背陽面。
在偏航姿態偏置180°期間，隨著太陽的運動，太陽高度角將逐漸負向增大。當太陽高度角負向增加到-40°附近時，衛星進行180°至90°的偏航姿態機動，成為狀態5（偏航姿態偏置+90°）。此時的情況與偏航姿態偏置-90°時相同。
在偏航姿態偏置90°期間，隨著太陽的運動，太陽高度角將先逐漸負向增大再逐漸負向減小。當太陽高度角負向減小到-40°附近時，衛星進行90°至180°的偏航姿態機動，成為狀態6（偏航姿態偏置180°）。
當太陽高度角繼續減小到0°附近且太陽將運動到衛星的+Y側，為保證星敏規避太陽光，當太陽高度角在-2°～0°範圍內衛星進行180°至0°的偏航姿態機動，成為狀態1（偏航姿態偏置0°）。
榮譽表彰
2020年7月，《一種傾斜軌道衛星偏航機動的自主控制方法》獲得第二十一屆中國專利銀獎。
