【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于能量約束的對日定向計算方法，屬于航天運輸系統(tǒng)電氣總體設計。
技術介紹
1、太陽帆板對日定向是航天器獲取能源的保障，為獲取太陽矢量信息通常需要配備太陽敏感器、陀螺、星敏等敏感器件，這些敏感器件一旦出現(xiàn)故障將導致航天器在軌飛行任務失利。近年來，傳統(tǒng)的解決方法是增加敏感器數(shù)量提升可靠性，但存在成本、結構布局有限等方面的約束。
2、綜上所述，傳統(tǒng)的基于太陽敏感器實現(xiàn)對日定向技術存在低成本與高可靠性相矛盾的問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種基于能量約束的對日定向計算方法，提升航天器在姿控敏感器一度故障狀態(tài)下的可靠性，實現(xiàn)了在無太敏狀態(tài)下的對日定向，解決了航天器的能源供應問題。
2、本專利技術的技術解決方案是：一種基于能量約束的對日定向計算方法，包括：
3、航天器的電源控制器采集太陽電池陣輸出電流、母線電壓，向飛控計算機輸出充電功率p；
4、飛控計算機以充電功率p為輸入，解算太陽入射矢量方向與太陽電池陣的夾角θ并輸出；
5、將太陽入射矢量方向與太陽電池陣法線的夾角θ分解為三個方位角信息θ1、θ2、θ3；
6、通過三個方位角信息θ1、θ2、θ3確定測量的太陽矢量方位oa、ob、oc；
7、結合測量的太陽矢量方位oa、ob、oc和理論太陽矢量方位s，構建消除系統(tǒng)誤差的指標函數(shù)j；
8、對消除系統(tǒng)誤差的指標函數(shù)j進行二次型正交變換運算
9、通過對太陽矢量估計值的指標函數(shù)jnew求取誤差估計最小值，得到計算的測量太陽矢量方位利用其計算太陽矢量方向最大概率估計值ps；
10、根據(jù)太陽矢量方向最大概率估計值ps，解算太陽帆板對日的調姿方位角α、β；
11、將α、β輸入飛控計算機中，驅動帆板完成帆板對日，實現(xiàn)航天器能源供應。
12、優(yōu)選的，解算太陽入射矢量方向與太陽電池陣的夾角θ的方法為：
13、p(0)＝∫v·p·n·da
14、θ＝cos-1(p(θ)/p(0))
15、其中，v表示母線電壓，p表示標準太陽光強，n表示太陽入射法線方向，a表示電池片微元面，p表示飛控計算機的輸入功率，p(θ)表示太陽入射矢量方向與太陽電池陣法線夾角為θ的情況下電池片輸出功率，p(0)表示太陽入射矢量方向與太陽電池陣法線夾角為0的情況下電池片輸出功率。
16、優(yōu)選的，θ1表示太陽入射矢量與航天器本體系x軸夾角，θ2表示太陽入射矢量與航天器本體系y軸夾角，θ3表示太陽入射矢量與航天器本體系z軸夾角。
17、優(yōu)選的，通過三個方位角信息θ1、θ2、θ3確定測量的太陽矢量方位oa、ob、oc，
18、其中：
19、oa＝(oax,oay,oaz)
20、ob＝(obx,oby,obz)
21、oc＝(ocx,ocy,ocz)
22、
23、優(yōu)選的，消除系統(tǒng)誤差的指標函數(shù)j為：
24、j＝|oa×s|2+|ob×s|2+|oc×s|2
25、其中，s表示理論太陽矢量方位，oa、ob、oc為測量的太陽矢量方位，即s的測量值。
26、優(yōu)選的，太陽矢量估計值的指標函數(shù)jnew為：
27、jnew＝(ds)'λ(ds)+λ(s's-1)
28、其中，d表示求解二次型的正交變換矩陣，s表示太陽矢量方位，λ表示拉格朗日乘數(shù)項，λ表示以二次型矩陣特征值平方為對角線元素的矩陣，1表示單位矩陣。
29、優(yōu)選的，通過對太陽矢量估計值的指標函數(shù)jnew求取誤差估計最小值，得到計算的測量太陽矢量方位的方法為：
30、
31、s表示理論太陽矢量方位，λ表示拉格朗日乘數(shù)項。
32、優(yōu)選的，計算太陽矢量方向最大概率估計值ps的方法為：
33、
34、表示計算的測量太陽矢量方位，s表示理論太陽矢量方位，σv表示的統(tǒng)計方差，d表示求解二次型的正交變換矩陣，λ表示拉格朗日乘數(shù)項。
35、優(yōu)選的，根據(jù)太陽矢量方向最大概率估計值ps，解算太陽帆板對日的調姿方位角α、β的方法為：
36、
37、
38、其中，ys表示太陽矢量方位在航天器本體系y軸上的分量，zs表示太陽矢量方位在航天器本體系z軸上的分量。
39、本專利技術與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：
40、(1)本專利技術基于電源控制器采集的太陽電池陣輸出功率，航天器對日定向的過程提升了能源設計，解決航天器飛行可靠性提升與低成本相矛盾的問題；
41、(2)本專利技術引入最小二乘法減小太陽矢量測量的誤差率，解決太陽電池陣輸出功率測量誤差較大導致的解算太陽矢量誤差較大問題；
42、(3)本專利技術提供一種上述算法在應用于工程階段時的基于氣浮模擬器的半實物測試方法，具備對應用該方法的航天器初樣和正樣產品進行半實物測試的能力。
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1.一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于包括：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：解算太陽入射矢量方向與太陽電池陣的夾角θ的方法為：
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：θ1表示太陽入射矢量與航天器本體系x軸夾角，θ2表示太陽入射矢量與航天器本體系y軸夾角，θ3表示太陽入射矢量與航天器本體系z軸夾角。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：通過三個方位角信息θ1、θ2、θ3確定測量的太陽矢量方位OA、OB、OC，
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：消除系統(tǒng)誤差的指標函數(shù)J為：
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：太陽矢量估計值的指標函數(shù)Jnew為：
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：通過對太陽矢量估計值的指標函數(shù)Jnew求取誤差估計最小值，得到計算的測量太陽矢量方位的方法為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于包括：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：解算太陽入射矢量方向與太陽電池陣的夾角θ的方法為：
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：θ1表示太陽入射矢量與航天器本體系x軸夾角，θ2表示太陽入射矢量與航天器本體系y軸夾角，θ3表示太陽入射矢量與航天器本體系z軸夾角。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法，其特征在于：通過三個方位角信息θ1、θ2、θ3確定測量的太陽矢量方位oa、ob、oc，
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于能量約束的對日定向計算方法...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：奚琳，張利賓，鄭澤天，曹夢磊，馮飛，南京宏，肖昆，岳向航，肖立明，周文勇，文藝，張群，張新宇，高驥，邊浩，王青偉，
申請(專利權)人：北京宇航系統(tǒng)工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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