一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统与流程

本发明涉及一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统，属于航天器姿态与轨道控制设计。

背景技术：

1、航天器姿态与轨道控制是航天器系统工程的重要一环，从设计输入、指标要求到单机模型和算法设计都需要标准化建模，提高知识共享的程度，挖掘和固化领域专家成熟和系统的专业技术和知识，更高效的完成卫星控制系统的方案设计和验证，从而提高卫星控制系统研制质量、缩短研制周期。随着航天任务越来越多，研制周期越来越短，传统的基于文本的航天器系统工程方法已无法满足研制需求，亟需采用基于模型的航天器系统工程方法。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，亟需基于模型的航天器系统工程方法的问题，提出了一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统。

2、本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

3、一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，包括：

4、建立航天器姿态与轨道控制系统的标准化总体输入模型；

5、建立航天器执行机构、敏感器的数字仿真模型、型谱模型；

6、建立航天器姿态与轨道控制通用算法模型；

7、建立航天器姿态与轨道控制专用算法模型；

8、根据标准化总体输入模型、数字仿真模型、型谱模型、通用算法模型、专用算法模型，进行航天器姿态与轨道控制方案设计并进行仿真验证；

9、判断设计完成的航天器姿态与轨道控制方案是否满足型号任务指标需求。

10、所述标准化总体输入模型包括姿态特性标准化模型、轨道特性标准化模型、功能需求标准化模型、性能指标标准化模型，姿态特性标准化模型和轨道特性标准化模型采用标准变量和值进行描述，功能需求标准化模型采用航天器姿态与轨道控制系统通用属性专用属性描述，性能指标标准化模型采用属性关键字及属性值方式进行描述，所述总体输入模型采用json格式传递，用于进行航天器姿态与轨道控制系统方案设计。

11、所述执行机构包括动量轮、cmg、磁力矩器、帆板驱动机构、化学推力器、电推力器及其他通用执行机构；所述敏感器包括gnss、星敏感器、三浮陀螺、光纤陀螺、红外地球敏感器、数字太阳敏感器、模拟太阳敏感器、加速度计及其他敏感器，其中：

12、型谱模型用于方案设计过程中的部件选型和指标分析，数字仿真模型根据选定的单机型谱参数进行配置后，用于对方案设计结果进行仿真验证。

13、所述通用算法模型包括数值积分轨道外推算法、星敏陀螺姿态确定算法、点对点姿态规划算法、零动量姿态控制算法、cmg指令角速度分配算法、喷气相平面姿态控制算法；

14、所述专用算法模型为实现航天器姿态与轨道控制系统的功能或性能指标，不包括在通用算法模型中的专用算法；

15、进行航天器方案设计时对选用的通用算法模型进行参数配置，并结合航天器的专用算法模型，共同完成航天器姿态与轨道控制任务。

16、所述航天器姿态与轨道控制系统方案设计的具体方法为：

17、根据标准化总体输入模型，进行航天器特性分析；

18、根据标准化总体输入模型，进行航天器部件选型、配置与布局分析；

19、根据标准化总体输入模型，进行性能指标分析；

20、根据所有分析结果，进行航天器姿态控制与轨道控制设计，确定通用算法和专用算法及其配置参数；

21、根据航天器标准化总体输入、部件选型、配置与布局、姿态控制与轨道控制通用算法和专用算法，进行总体仿真验证。

22、所述航天器特性分析包括姿态动力学分析、液体晃动分析、轨道特性分析，航天器特性分析的输入数据为姿态特性标准化模型和轨道特性标准化模型。

23、所述航天器部件选型、配置与布局分析具体包括：

24、分别进行动量轮选项、布局与角动量包络分析、cmg选型、布局与角动量包络分析、推力器选型、布局和干扰分析、磁力矩器选型、布局和卸载能力分析、星敏感器选型、布局和干扰分析，根据数字仿真模型和型谱模型，确定航天器部件的最优选型、配置与布局。

25、所述性能指标分析包括：

26、分别进行姿态确定精度分析、姿态指向精度分析、姿态稳定度分析、姿态机动能力分析、干扰力和力矩分析、燃料消耗分析等，根据航天器的姿态特性标准化模型、轨道特性标准化模型、部件的最优选型、配置和布局，确定性能指标标准化模型中属性值的具体实现情况。

27、判断设计完成的航天器姿态与轨道控制方案是否满足型号任务功能和性能指标需求的过程中，若满足闭环仿真的功能指标、性能指标要求，则完成设计；若不满足，则修改标准化总体输入模型或重新进行航天器部件选型和配置或重新进行算法设计，迭代或重复进行航天器姿态与轨道控制方案设计直到满足要求为止。

28、一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计系统，包括：

29、建模单元、仿真验证单元、方案设计单元，其中：

30、建模单元根据方案设计所需参数，分别建立航天器执行机构、敏感器的数字仿真模型、型谱模型，同时建立航天器姿态与轨道控制通用算法模型、航天器姿态与轨道控制专用算法模型；

31、仿真验证单元根据标准化总体输入模型、数字仿真模型、型谱模型、通用算法模型、专用算法模型，进行航天器姿态与轨道控制方案设计并进行仿真验证；

32、方案设计单元对完成的航天器姿态与轨道控制方案设计参数进行判断，判断设计完成的航天器姿态与轨道控制方案是否满足型号任务指标需求。

33、本发明与现有技术相比的优点在于：

34、本发明提供的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统，通过包括建模单元、仿真验证单元、方案设计单元的方案设计系统，建立标准化总体输入模型，根据常用算法模型进行方案设计，通过迭代或重复的特性分析、部件配置和布局分析、性能指标分析、姿态控制与轨道控制算法设计、功能与性能闭环仿真验证完成方案整体设计，紧密贴合工程研发的特点和模式，满足建模、论证、设计、计算、仿真、分析等全流程的方案设计需求，从而能够提高航天器控制系统方案设计的算法可靠性和效率

技术特征：

1.一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于：

8.根据权利要求5所述的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于：

9.根据权利要求5所述的一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，其特征在于：

10.一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计系统，其特征在于包括：

技术总结
一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统，首先建立航天器姿态与轨道控制系统的标准化总体输入模型，包括姿态特性、轨道特性、功能需求、性能指标等标准化模型，并建立航天器常用的执行机构、敏感器单机产品的高精度数字仿真模型和型谱模型；建立航天器姿态与轨道控制常用算法模型，依据前述模型行航天器姿态与轨道控制系统方案设计，包括特性分析、部件配置和布局分析、性能指标分析、姿态控制与轨道控制算法设计、功能与性能闭环仿真验证，若经过闭环仿真的功能和性能指标满足要求，则设计完成；若不满足要求，则与步骤一总体的指标要求进行迭代或重复进行步骤四重新设计直到满足要求为止。

技术研发人员：胡海霞,刘洁,陈守磊,王淑一,郭子熙,涂俊峰,武云丽,徐赫屿,沈莎莎,林瀚峥
受保护的技术使用者：北京控制工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12