一种基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法与流程

本发明属于卫星监控，具体涉及一种基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法。

背景技术：

1、卫星在轨时受到来自系统内部、环境外部的干扰力矩，但是现有的姿态控制中，传感器不便于测量星体所受到的干扰力矩，无法直接测量干扰力矩，给采用传统pid姿态控制算法在参数整定上带来较大困难。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供了一种基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，旨在估计出的星体三轴总干扰力矩。

2、本发明的技术方案是：所述方法包括以下步骤:

3、通过陀螺测量星体角速度信息和星体控制量，获得星体相对于惯性系的星体三轴角加速度；

4、设计状态观测器，以星体三轴角加速度及星体控制量作为输入，以估计的星体三轴总干扰力矩作为状态输出量。

5、在一些实施例中，根据陀螺测量星体角速度信息和星体控制量，利用有内部、外部干扰情况下的星体动力学方程，得到星体相对惯性系的三轴角加速度。

6、在一些实施例中，设计状态观测器的具体步骤包括：

7、根据星体相对惯性系的三轴角加速度获取三轴方向动力方程的状态空间表达式；

8、根据状态空间表达式获得与星体三轴惯性主轴的转动惯量和星上控制部件作用于星体三轴控制力矩相关的状态观测器。

9、在一些实施例中，有内部、外部干扰情况下的星体动力学方程，具体表达式为：其中ixx、iyy、izz分别为星体x、y、z惯性主轴的转动惯量；ωx、ωy、ωz为星体相对惯性系的三轴角速度；为星体相对惯性系的三轴角加速度；ux、uy、uz为星上控制部件作用于星体x、y、z的三轴控制力矩；tdx,tdy,tdz为星体所受到的x、y、z的三轴外部干扰力矩。

10、在一些实施例中，x轴方向的动力方程的状态空间表达式为：x2是所估计干扰项力矩,h为所估计干扰项力矩x2的导数，ux为星上控制部件作用于星体x轴控制力矩，ixx、izz分别为星体x、z惯性主轴的转动惯量；ωy、ωz为星体相对惯性系的x、y轴角速度；tdx为星体所受到的x轴外部干扰力矩。

11、在一些实施例中，星体三轴总干扰力矩分别为：星体x轴的总干扰力矩为mdx＝φ2*ixx＝(iyy-izz)ωyωz+tdx，星体y轴的总干扰力矩为mdy＝φ4*iyy＝(izz-ixx)ωxωz+tdy，星体z轴的总干扰力矩为mdz＝φ6*izz＝(ixx-iyy)ωxωy+tdz，

12、本公开实施例提供的技术方案：一种基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，用于卫星姿态精准控制领域，依据陀螺输出的星体三轴角速度及星体控制量，估计出星体所受到的三轴总干扰力矩，弥补干扰力矩不便于直接测量的困难，根据估计出的星体三轴总干扰力矩，对星体的姿态控制进行干扰补偿，用于星体姿态控制，以提高姿态控制精度及姿态稳定度。本发明涉及的干扰力矩算法，可准确估计星体受到的三轴干扰力矩，为整星姿态控制器提供准确输入，为pid参数整定带来了准确输入条件，极大的提高了调参的效率。本发明方法能够准确估计星体总干扰。

13、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，其特征在于，根据陀螺测量星体角速度信息和星体控制量，利用有内部、外部干扰情况下的星体动力学方程，得到星体相对惯性系的三轴角加速度。

3.根据权利要求1所述的基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，其特征在于，设计状态观测器的具体步骤包括：

4.根据权利要求2所述的基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，其特征在于，有内部、外部干扰情况下的星体动力学方程，具体表达式为：其中ixx、iyy、izz分别为星体x、y、z惯性主轴的转动惯量；ωx、ωy、ωz为星体相对惯性系的三轴角速度；为星体相对惯性系的三轴角加速度；ux、uy、uz为星上控制部件作用于星体x、y、z的三轴控制力矩；tdx,tdy,tdz为星体所受到的x、y、z的三轴外部干扰力矩。

5.根据权利要求3所述的基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，其特征在于，x轴方向的动力方程的状态空间表达式为：x2是所估计干扰项力矩,h为所估计干扰项力矩x2的导数，ux为星上控制部件作用于星体x轴控制力矩，ixx、izz分别为星体x、z惯性主轴的转动惯量；ωy、ωz为星体相对惯性系的x、y轴角速度；tdx为星体所受到的x轴外部干扰力矩。

6.根据权利要求5所述的基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，其特征在于，星体三轴总干扰力矩分别为：星体x轴的总干扰力矩为mdx＝φ2*ixx＝(iyy-izz)ωyωz+tdx，星体y轴的总干扰力矩为mdy＝φ4*iyy＝(izz-ixx)ωxωz+tdy，星体z轴的总干扰力矩为mdz＝φ6*izz＝(ixx-iyy)ωxωy+tdz，

技术总结
本发明公开了一种基于陀螺数据的卫星在轨干扰估计方法，通过陀螺测量星体角速度信息和星体控制量，获得星体相对于惯性系的星体三轴角加速度；设计状态观测器，以星体三轴角加速度及星体控制量作为输入，以估计的星体三轴总干扰力矩作为状态输出量。本发明能够准确估计星体总干扰，弥补干扰力矩不便于直接测量的困难，根据估计出的星体三轴总干扰力矩，对星体的姿态控制进行干扰补偿，用于星体姿态控制，以提高姿态控制精度及姿态稳定度。

技术研发人员：邓远旺,刘燎,陶钊榕,马非易,梁辉,陈娜
受保护的技术使用者：深圳航天东方红卫星有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27