本发明涉及卫星姿态控制与能源管理，具体地，涉及一种非太阳同步轨道卫星能量最优姿态帆板耦合控制方法，尤其涉及一种用于非太阳同步轨道卫星寿命期不同时间段姿态和帆板摆动策略。
背景技术：
1、由于非太阳同步轨道卫星的在轨光照环境相比太阳同步轨道卫星变化更为复杂，越来越多的卫星采用二维驱动的太阳能帆板来更好的获取光照能量，这也要求有较好的帆板驱动策略来优化卫星在轨光照能量。在任务完成时效性约束下，卫星长期运行(不执行任务期间)姿态不能采用对日定向模式，而仅优化太阳能帆板驱动方式未考虑卫星多种可行运行姿态，因此需综合帆板驱动和姿态控制来优化卫星在轨的光照能量。
2、现有技术针对卫星在轨帆板控制方面的研究，主要集中在卫星一维驱动帆板对日定向控制、二维驱动帆板的xb/yb摆动切换控制和转动轴匀速对日控制方面，但是未研究二维驱动帆板变速对日控制，且联合卫星运行姿态和帆板二维控制来优化光照能量的问题。
3、专利文献cn105035364a公开了一种低倾角轨道雷达卫星的太阳阵驱动摆动方法，分析了太阳阵转动轴位于星体yb轴不同倾斜位置和卫星处于不同姿态下的光照条件，根据轨道光照角合理设置雷达卫星太阳阵驱动摆动状态，保证卫星整个寿命期内光照角大于50°。但该方法未综合考虑太阳阵转动轴摆动至星体xb轴的情况，设计帆板控制策略未能达到能量最优。
4、专利文献cn102004492a公开了一种非太阳同步轨道卫星双轴帆板控制方法，介绍了一种用于控制双轴帆板对日的方法，该方法考虑了可能出现的故障情况，设计了完整的实现流程，可不用姿态机动实现帆板对日。但该方法需要卫星太阳能帆板可任意二维驱动，这会使卫星惯量周期性变化从而降低姿控精度，且帆板遮挡空间过大影响卫星各类天线视场布局。
5、专利文献cn104090612a公开了一种基于偏航导引的倾斜轨道航天器获取能源的方法，介绍了采用偏航姿态导引和帆板一维驱动的综合控制策略，可实现太阳能帆板法线指向太阳，保证航天器在倾斜轨道获取太阳能量。但在光照角较大时，该方法所需偏航导引姿态角较大，不利于卫星快速响应任务。
6、专利文献cn104181941a公开了一种适应倾斜轨道卫星的帆板双向控制方法，介绍了采用偏航控制和帆板转动实现对日定向控制的方法，可适应卫星正飞和倒飞的情况。但该方法仅考虑帆板一维驱动的情况，所设计方法对于二维驱动帆板并非最优。
7、专利文献cn106096148a一种简单姿态控制下的大倾角轨道卫星太阳帆板指向方法，介绍了通过偏航姿态使帆板驱动轴在轨道系xo轴和yo轴切换从而获取更好光照环境的方法，相比帆板仅位于yo轴的控制方法，可提高光照角大于45°时的光照条件。但该方法帆板驱动未考虑帆板变速对日定向，每轨能量并非最优，且未考虑姿态侧视和帆板倾斜偏置情况下的光照问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种非太阳同步轨道卫星能量最优姿态帆板控制方法及系统。
2、根据本发明提供的一种非太阳同步轨道卫星能量最优姿态帆板控制方法，包括：
3、步骤s1：根据采集的轨道参数，计算得到卫星寿命期内每轨光照角；
4、步骤s2：计算每轨光照角下光照区半角与光照时长；
5、步骤s3：根据光照区半角与光照时长计算帆板驱动轴在不同的摆动位置和卫星不同飞行姿态的组合下的每轨光照能量；
6、步骤s4：对比每轨光照能量，优选每周期内能量最大的姿态和帆板驱动位置组合；
7、步骤s5：根据优选结果，得到卫星整个寿命期内所有轨道圈次卫星姿态和帆板驱动轴位置控制策略。
8、优选的，所述步骤s1包括以下子步骤：
9、步骤s1.1：根据太阳位置公式和给定星时t，递推计算太阳矢量在j2000.0坐标系的坐标rs(t)；
10、步骤s1.2：通过在j2000.0坐标系下轨道递推，计算轨道倾角i和升交点赤经ω在给定星时t的值，得到轨道角动量坐标ho(t)；
11、步骤s1.3：根据太阳矢量rs(t)和轨道角动量ho(t)值，通过递推迭代计算得到寿命期内卫星的每轨光照角β(t)值。
12、优选的，所述步骤s2包括以下子步骤：
13、步骤s2.1：根据轨道半长轴a和光照角β(t)，计算每轨光照相位半角θs(t)：
14、
15、其中，re表示地球半径；
16、步骤s2.2：光照角为β(t)时，计算一个轨道周期内太阳方向矢量在轨道坐标系中的坐标ns(θ)：
17、
18、其中，θ表示卫星在轨道的相位角。
19、优选的，所述步骤s3包括以下子步骤：
20、步骤s3.1：根据帆板驱动轴的摆动位置和卫星的飞行姿态，计算不同相位θ时帆板法向量在轨道坐标系中的坐标np(θ)：
21、np(θ)＝ns(θ)-(ns(θ)·ap)ap
22、其中，ap表示帆板驱动轴矢量在轨道系中坐标；
23、步骤s3.2：计算每轨的光照能量e(t)：
24、
25、其中，a为卫星轨道的半长轴，μ＝3.9860044×105为地心引力常数，光照能量e(t)为每轨平均光照效率与光照时间的乘积。
26、优选的，每轨光照角β(t)值的计算公式为：
27、
28、根据本发明提供的一种非太阳同步轨道卫星能量最优姿态帆板控制系统，包括：
29、模块m1：根据采集的轨道参数，计算得到卫星寿命期内每轨光照角；
30、模块m2：计算每轨光照角下光照区半角与光照时长；
31、模块m3：根据光照区半角与光照时长计算帆板驱动轴在不同的摆动位置和卫星不同飞行姿态的组合下的每轨光照能量；
32、模块m4：对比每轨光照能量，优选每周期内能量最大的姿态和帆板驱动位置组合；
33、模块m5：根据优选结果，得到卫星整个寿命期内所有轨道圈次卫星姿态和帆板驱动轴位置控制策略。
34、优选的，所述模块m1包括以下子模块：
35、模块m1.1：根据太阳位置公式和给定星时t，递推计算太阳矢量在j2000.0坐标系的坐标rs(t)；
36、模块m1.2：通过在j2000.0坐标系下轨道递推，计算轨道倾角i和升交点赤经ω在给定星时t的值，得到轨道角动量坐标ho(t)；
37、模块m1.3：根据太阳矢量rs(t)和轨道角动量ho(t)值，通过递推迭代计算得到寿命期内卫星的每轨光照角β(t)值。
38、优选的，所述模块m2包括以下子模块：
39、模块m2.1：根据轨道半长轴a和光照角β(t)，计算每轨光照相位半角θs(t)：
40、
41、其中，re表示地球半径；
42、模块m2.2：光照角为β(t)时，计算一个轨道周期内太阳方向矢量在轨道坐标系中的坐标ns(θ)：
43、
44、其中，θ表示卫星在轨道的相位角。
45、优选的，所述模块m3包括以下子模块：
46、模块m3.1：根据帆板驱动轴的摆动位置和卫星的飞行姿态，计算不同相位θ时帆板法向量在轨道坐标系中的坐标np(θ)：
47、np(θ)＝ns(θ)-(ns(θ)·ap)ap
48、其中，ap表示帆板驱动轴矢量在轨道系中坐标；
49、模块m3.2：计算每轨的光照能量e(t)：
50、
51、其中，a为卫星轨道的半长轴，μ＝3.9860044×105为地心引力常数，光照能量e(t)为每轨平均光照效率与光照时间的乘积。
52、优选的，每轨光照角β(t)值的计算公式为：
53、
54、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
55、1、本发明通过对比多种可行的在轨姿态和帆板位置组合，可以优化得出能量最优的帆板位置和姿态控制方法，提升采用二维驱动太阳能帆板卫星的在轨接收能量，在同样功耗需求下降低所需的帆板面积，降低整星重量。
56、2、本发明通过侧视和偏置角度设置，可以满足平飞、侧视飞行和帆板倾斜偏置卫星的需求；通过对比多种侧视姿态和帆板转动轴摆动位置组合，可得到能量最优的控制策略，同功耗需求下降低所需帆板面积。
57、3、本发明计算简单，具有通用性，能够克服现有技术的缺陷，具备较好的实用性。
58、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。