所謂衛星姿態角，是以衛星質心為坐標系原點，用來描述衛星相對自身運動位置的角度。衛星姿態角的測定方法有多種，例如在衛星可採用姿態測量儀測定；太空梭上可採用星相機測定，也可以用3個GPS測定姿態。
基本介紹
- 中文名：衛星姿態角
- 外文名：Satellite Attitude
簡介,姿態角控制,測量儀器,姿態測量儀測定,恆星攝影機測定,GPS測定,
簡介
定義衛星質心為坐標原點，沿軌道前進的切線方向為 x 軸，垂直軌道面的方向為 y 軸，垂直 xy 平面的為 z 軸，則衛星的姿態有三種情況：繞 x 軸旋轉的姿態角，稱滾動；繞 y 軸旋轉的姿態角，稱俯仰；繞 z 軸旋轉的姿態角，稱航偏。
衛星姿態角的確定是對衛星進行姿態控制的基礎，利用陀螺和紅外敏感器互補的特性，並對測量所得到的數據進行處理，便可得到衛星姿態角的估計值。
姿態角控制
測定衛星姿態角主要用以控制衛星姿態，多採取三軸穩定方式。三軸穩定方式是對衛星相互垂直的三個軸都進行控制，不允許任何一個軸產生超出規定值的轉動和擺動。實現衛星三軸姿態控制的系統一般包括姿態敏感器、姿態控制器和姿態執行機構三部分。姿態敏感器有慣性敏感器、地球敏感器、太陽敏感器、星敏感器等，用於察覺和測量衛星的姿態角變化，即衛星沿各個軸的轉動角度及轉動角速度有多大，是否超出規定的範圍。
姿態控制器用於把姿態敏感器送來的衛星姿態角變化值的信號，經過一系列比較、處理，產生控制信號輸送到姿態執行機構。姿態執行機構則根據姿態控制器送來的控制信號產生力矩，使衛星姿態恢復到正確的位置，常用的執行機構有反作用飛輪和推力器。當衛星的姿態處於所要求的姿態時，飛輪保持勻速旋轉；如果衛星偏離了某一位置，飛輪加速或減速，產生一個相反方向的力矩，使衛星回復到所要求的姿態位置。衛星三個軸向各設定一個這樣的飛輪，就能控制衛星三個軸方向的衛星姿態角。也可以在衛星三個軸的方向安置若干個小的推力器，一旦衛星偏離所要求的姿態，相應方向的推力器就會噴出氣體，產生推力，改變衛星姿態角，使衛星處於所要求的位置。
測量儀器
姿態測量儀測定
姿態角可以用姿態測量儀測定。用於空間的姿態測量儀有紅外姿態測量儀、星相機、陀螺儀等。像美國在Landsat衛星上使用的AMS（Attitude Measurement Sensor）姿態測量感測器，就屬於紅外姿態測量。太空梭則使用星相機測定姿態。也可用3個GPS測定姿態。
紅外線測量儀的基本原理，是利用地球與太空溫差達287K這一特點，以一定的角頻率，周期地對太空和地球作圓錐掃描，根據熱輻射能的相位變化來測定姿態角。
一台這樣的儀器只能測定一個姿態角，對於俯仰和滾動兩個姿態角，需用兩台姿態測量儀測定。航偏可用陀螺儀測定。Landsat-1上的AMS，測定姿態角的精度為±0.07°。衛星姿態變化率在0.05°/s以內，最大的姿態角由地面控制在0.4°以內。
恆星攝影機測定
使用恆星攝影機測定姿態角的方法，是將恆星攝影機與對地攝影機組裝在一起，兩者的光軸交角在90°~150°之間的某一個角度上。如右圖所示。
為防止太陽光照射遮光罩內壁，射進恆星攝影機物鏡，要求恆星攝影機指向地球陰影方向攝影，另外應考慮防止地球大氣的反射光和散射光進入星相機物鏡，一般恆星攝影機與對地攝影機光軸交角選在100°~120°之間較宜。
為求解對地攝影機的姿態角，要求恆星攝影機至少攝取3~5顆五等以上的恆星，並精確記錄衛星運行時刻，再根據恆星星曆表、攝影機標稱光軸指向數據等解算姿態角。
恆星攝影機測定姿態角的精度可達±（10°~15°），美國在Apollo上使用的恆星攝影機測定姿態的精度達5″。
GPS測定
使用GPS的方法也能測定姿態。它是將3台GPS接收機裝在攝影機組上，同時接收4顆以上GPS衛星的信號，反算出每台接收機上的三維坐標，進而解算出攝影機的3個姿態角。為了提高解算精度，GPS接收機之間要有一定距離要求。
