太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，該方法提出了一種衛(wèi)星在軌運行期間雜散光與衛(wèi)星本體坐標系間的矢量模型，該模型可以分析出衛(wèi)星在軌運行期間雜散光與衛(wèi)星本體坐標系的矢量關(guān)系，通過建立不同工況條件下雜散光與衛(wèi)星本體坐標系邊界曲線數(shù)學(xué)方程，解算出單視場星敏感器安裝條件下星敏感器指向方程，并得出在不同指向條件下為抑制雜散光星敏感器遮光罩設(shè)計最大太陽光、地氣光遮蔽角。本發(fā)明具有如下優(yōu)點：解決太陽同步軌道航天器所安裝星敏感器為避免雜散光影響安裝指向問題，同時為不同安裝指向條件下單視場星敏感器遮光罩最大太陽光、地氣光遮蔽角設(shè)計提供理論依據(jù)。
【專利說明】
太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及航天器姿態(tài)測量領(lǐng)域，具體設(shè)及一種太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感 器安裝指向設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器作為航天器姿態(tài)測量器件，W恒星作為姿態(tài)測量參考基準，與其它衛(wèi)星 姿態(tài)敏感器件(太陽敏感器、巧螺、磁強計等)相比具有精度高、無漂移、功耗低，并且輸出絕 對姿態(tài)信息的優(yōu)點，是當前應(yīng)用最廣泛的姿態(tài)敏感器。在衛(wèi)星運行過程中，星敏感器有可能 受到太陽光或地氣光的干擾，使星敏感器的像面背景噪聲提高，影響星點提取的準確性，甚 至星點會被淹沒在背景雜光中，導(dǎo)致星敏感器無法正常工作。因此，星敏感器的抗雜散光問 題是目前星敏感器研究的一項重要內(nèi)容。
[0003] 在星敏感器雜散光抑制方面，一方面可W通過設(shè)計星敏感器光學(xué)鏡頭、遮光罩結(jié) 構(gòu)或改變遮光罩內(nèi)壁涂層材料提高星敏感器自身的抗雜散光性能，另一方面可W通過分析 和優(yōu)化星敏感器在衛(wèi)星上的安裝位置來盡量避免雜散光對星敏感器的影響。在星敏感器安 裝指向方法研究方面，有許多研究機構(gòu)針對實際應(yīng)用提出了設(shè)計方法，其中，針對衛(wèi)星多種 工況姿態(tài)條件，2010年航天東方紅公司提出了基于任務(wù)規(guī)劃的星敏感器安裝角度確定方法 可W解決敏捷機動工況下給定星敏感器安裝指向問題，但該方法通過不斷調(diào)整星敏感器的 安裝角度和工況條件確定出合適的星敏感器安裝角度，設(shè)計方法十分復(fù)雜，同時不能計算 給出在不同安裝指向條件下星敏感器遮光罩最大太陽光、地氣光遮蔽角。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指 向設(shè)計方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例公開了一種太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感 器安裝指向設(shè)計方法，包括W下步驟：S1:設(shè)置太陽同步軌道參數(shù)、衛(wèi)星參數(shù)、STK軟件中 HPOP阻力模型參數(shù);S2:在STK軟件中進行HPOP仿真，確定衛(wèi)星在軌運行期間太陽光與衛(wèi)星 本體坐標系=軸矢量夾角；S3:根據(jù)地球半徑、大氣層高度計算確定地氣光與衛(wèi)星本體邊界 夾角；S4:根據(jù)所述衛(wèi)星在軌運行期間太陽光與衛(wèi)星本體坐標系=軸矢量夾角，確定所述衛(wèi) 星在無機動狀態(tài)下，太陽光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界數(shù)學(xué)方程;根據(jù)所述地氣光與衛(wèi)星本 體邊界夾角確定所述衛(wèi)星在無機動狀態(tài)下，地氣光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界數(shù)學(xué)方程;S5: 設(shè)置衛(wèi)星機動狀態(tài)下最大側(cè)擺角和俯仰角，根據(jù)坐標系旋轉(zhuǎn)矩陣確定所述衛(wèi)星在不同機動 狀態(tài)下太陽光、地氣光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界曲線數(shù)學(xué)方程，W及各種工況條件下衛(wèi)星 本體坐標系不受雜光影響區(qū)域;S6:根據(jù)各種工況條件下衛(wèi)星本體坐標系不受雜光影響區(qū) 域，確定單視場星敏感器安裝條件下為避免雜散光影響星敏感器安裝指向范圍數(shù)學(xué)方程； W及S7:根據(jù)右側(cè)擺太陽光邊界曲線和左側(cè)擺地氣光邊界曲線確定單視場星敏感器最大太 陽光遮蔽角、地氣光遮蔽角關(guān)系，根據(jù)遮光罩設(shè)計原則判斷安裝區(qū)間是否滿足設(shè)計要求;若 滿足設(shè)計要求，設(shè)計結(jié)束;若不滿足設(shè)計要求，執(zhí)行步驟S5，重新設(shè)置衛(wèi)星機動狀態(tài)下最大 側(cè)擺角、俯仰角，或使其在部分工況下可用。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，可W 有效解決太陽同步軌道航天器所安裝星敏感器為避免雜散光(太陽光、地氣光)影響安裝指 向問題，同時為不同安裝指向條件下單視場星敏感器遮光罩最大太陽光、地氣光遮蔽角設(shè) 計提供理論依據(jù)。
[0008] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計 方法，還可W具有如下附加的技術(shù)特征：
[0009] 進一步地，在步驟Sl中，所述太陽同步軌道參數(shù)包括高度h、降交點地方時T、在軌 運行周期t;所述衛(wèi)星參數(shù)包括衛(wèi)星質(zhì)量M、衛(wèi)星體積V;所述STK軟件中HPOP阻力模型參數(shù)包 括大氣阻力Cd、太陽光壓Cr、衛(wèi)星面質(zhì)比A/M和地磁力Kp，其中，所述衛(wèi)星面質(zhì)比A/M為1/4衛(wèi) 星表面積S與質(zhì)量M的比值。
[0010] 進一步地，在步驟S2中，所述衛(wèi)星本體坐標系中，Z軸指向地屯、，X軸為衛(wèi)星前進方 向，Y軸由右手定則確定;a為太陽光與X軸夾角，0為太陽光與Y軸夾角，T為太陽光與Z軸夾 角。
[0011] 進一步地，步驟S3進一步包括：設(shè)置地球半徑Re,大氣層高度d，根據(jù)丫 atm = asin ((Re+d)/h)，計算確定地氣光與衛(wèi)星本體邊界夾角y atm。
[001。進一步地，步驟S4進一步包括:S401:所述衛(wèi)星無機動工作狀態(tài)下，太陽光邊界方程通過 步驟S2中太陽光與衛(wèi)星本體坐標系各軸夾角極值如下列公式確另 ! 其中，01為太陽光偏Y軸正向左邊界與Y軸夾角，02為太陽光偏Y軸正向右邊界與Y軸夾角； S402:所述衛(wèi)星在無機動狀態(tài)下地氣光邊界可通過不同軌道高度地氣光半錐角直接確定， 地氣光在衛(wèi)星本體坐標系邊界方程如下公式
其中，0為地氣光半錐角。
[0013] 進一步地，在步驟S5中，所述衛(wèi)星的機動狀態(tài)包括左側(cè)擺、右側(cè)擺、前仰和后仰。
[0014] 進一步地，步驟S6進一步包括:S601:單視場星敏感器不受雜光影響的最佳安裝指 向曲線在衛(wèi)星本體坐標系YZ平面內(nèi)；S602:聯(lián)立衛(wèi)星左側(cè)擺地氣光邊界方程、衛(wèi)星右側(cè)擺太 陽光邊界方程W及平面X = 0求得在Y偏-Z軸向星敏感器指向邊界范圍：單視場星敏感器安 裝指向方程如下式：
[0015]
,其中，O為在YZ安裝平面內(nèi)太陽光右側(cè)擺邊界與Y軸向夾角， T為在YZ安裝平面內(nèi)地氣光左側(cè)擺邊界與Y軸向夾角。
[0016] 進一步地，步驟S7進一步包括:S701:根據(jù)右側(cè)擺太陽光邊界曲線W及平面X = O可 求得在YZ安裝平面內(nèi)太陽光與Y軸向夾角0,最大太陽遮蔽角可由單視場星敏感器在YZ安裝平 面內(nèi)指向與Y軸向夾角9求得，太陽最大遮蔽角、S _ max = 口 - P; S702:根據(jù)左側(cè)擺地氣光邊界 曲線W及平面X=O可求得在YZ安裝平面內(nèi)地氣光與Y軸向夾角T，地氣光最大遮蔽角可由單視 場星敏感器在YZ安裝平面內(nèi)指向與Y軸向夾角釋求得，地氣光最大遮蔽角E _ nm = 。
[0017] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0018] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0019] 圖1是本發(fā)明一個實施例的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法 的流程圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明一個實施例的太陽光相對衛(wèi)星本體坐標系示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明一個實施例的=年在軌運行期間太陽光與衛(wèi)星本體坐標系關(guān)系模型 不意圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明一個實施例的衛(wèi)星無機動狀態(tài)下太陽光邊界曲線與衛(wèi)星本體坐標系 關(guān)系圖；
[0023] 圖5是本發(fā)明一個實施例的衛(wèi)星無機動狀態(tài)下地氣光邊界曲線與衛(wèi)星本體坐標系 關(guān)系圖；
[0024] 圖6是本發(fā)明一個實施例的衛(wèi)星不同工況下太陽光、地氣光邊界曲線在YZ平面投 影不意圖；
[0025] 圖7是本發(fā)明一個實施例的衛(wèi)星不同工況下太陽光、地氣光邊界曲線在XZ平面投 影不意圖；
[0026] 圖8是本發(fā)明一個實施例的單視場星敏感器在衛(wèi)星本體坐標系YZ平面內(nèi)不同安裝 指向與最大太陽光、地氣光遮蔽角關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[002引在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中屯、"、"縱向橫向上"、"下"、 "前"、"后V'左'、"右V'豎曹'、"水甲V'頂'、"底V'胖V'外"等指示的方位或位置關(guān)系為 基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗 示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、W特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對 本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對 重要性。
[0029] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"相 連"、"連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可W是固定連接，也可W是可拆卸連接，或一體地連接;可 W是機械連接，也可W是電連接;可W是直接相連，也可W通過中間媒介間接相連，可W是 兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可W具體情況理解上述術(shù)語在本 發(fā)明中的具體含義。
[0030] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的運些和其他方面。在運些描述 和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施 例的原理的一些方式，但是應(yīng)當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的 實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0031] W下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝 指向設(shè)計方法。
[0032] 請參考圖1，一種太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，包括W下 步驟：
[0033] SI:設(shè)置太陽同步軌道參數(shù)、衛(wèi)星參數(shù)、STK軟件中HPOP阻力模型參數(shù)。在本發(fā)明的 一個實施例中，太陽同步軌道參數(shù)包括高度h、降交點地方時T、在軌運行周期t。衛(wèi)星參數(shù)包 括衛(wèi)星質(zhì)量M、衛(wèi)星體積VDSTK(Satellite Tool Kit)軟件中HPOP(高精度軌道預(yù)報)阻力模 型參數(shù)包括大氣阻力Cd、太陽光壓Cr、衛(wèi)星面質(zhì)比A/M和地磁力Kp，其中，所述衛(wèi)星面質(zhì)比A/M 為1/4衛(wèi)星表面積S與質(zhì)量M的比值。
[0034] 具體地，考慮衛(wèi)星對地成像、所受攝動及阻力因素，本實施例設(shè)置衛(wèi)星軌道高度h 為700km;同時考慮對地觀測成像，本實施例設(shè)置降交點地方時T為受光照較為復(fù)雜的10:30 軌道;本實施例設(shè)置衛(wèi)星運行周期t為3年。
[0035] 本實施例設(shè)置衛(wèi)星質(zhì)量M為20.5kg，衛(wèi)星體積V為324*360*400mm。
[0036] 本實施例設(shè)置大氣阻力Cd為2.2，太陽光壓Cr為1.0，地磁力Kp為3.0，根據(jù)衛(wèi)星面質(zhì) 比A/M為1/4衛(wèi)星表面積S與質(zhì)量M的比值，計算可得衛(wèi)星面質(zhì)比A/M>0.0 l。
[0037] S2:在STK軟件中進行HPOP仿真，確定衛(wèi)星在軌運行期間太陽光與衛(wèi)星本體坐標系 =軸矢量夾角。衛(wèi)星本體坐標系中，Z軸指向地屯、，X軸為衛(wèi)星前進方向，Y軸由右手定則確 定;a為太陽光與X軸夾角，0為太陽光與Y軸夾角，T為太陽光與Z軸夾角。
[0038] 具體地，如圖2所示。根據(jù)步驟Sl參數(shù)設(shè)置，本實施例通過STK軟件得出衛(wèi)星在軌運 行3年間太陽光與衛(wèi)星本體坐標系=軸矢量夾角，其中，太陽光與X軸向矢量夾角余弦最大 值Qmax為0.9946，最小值Qmin為-0.9946，因此太陽光與X軸夾角范圍為5.9620°~174.0470% 太陽光與Y軸向矢量夾角余弦最大值Pmax為-0.0841，最小值Pmin為-0.4537，因此太陽光與Y 軸夾角范圍為94.8270°~116.9830° ;太陽光與Z軸向矢量夾角余弦最大值丫 max為0.4376， 最小值丫 min為-0.9914，因此太陽光與Y軸夾角范圍為64.0470°~172.4730°。將各時刻太陽 光矢量方向在衛(wèi)星本體坐標系中描述出來，如圖3所示，光點表示太陽光相對于衛(wèi)星本體坐 標系原點的來光矢量方向。
[0039] S3:設(shè)置地球半徑Re,大氣層高度d，根據(jù)丫 atm=asin((Re+d)/h)，計算確定地氣光 與衛(wèi)星本體邊界夾角丫 atm,即與Z軸正方向夾角。
[0040] 具體地，由于地屯、引力作用，幾乎全部氣體集中在離地面100公里的高度范圍內(nèi)， 其中75%的大氣又集中在地面至10公里高度的對流層范圍內(nèi)。本實施例設(shè)定大氣層高度d = IOOkm,地球半徑Re = 6378km。根據(jù)關(guān)系式丫 atm=as in ((Re+d) A )，將上述參數(shù)代入上式計 算可得地氣光與衛(wèi)星本體邊界夾角（即與Z軸正方向夾角）丫 atm為66.24°，考慮半長軸變化， 本實施例采用67° (對應(yīng)659.44km)冗余設(shè)計。
[0041] S4.根據(jù)步驟S2中衛(wèi)星在軌運行期間太陽光與衛(wèi)星本體坐標系=軸矢量夾角，確 定衛(wèi)星無機動狀態(tài)下太陽光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界數(shù)學(xué)方程;根據(jù)步驟S3確定衛(wèi)星無機 動狀態(tài)下地氣光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界數(shù)學(xué)方程。
[0042] 具體地，衛(wèi)星無機動工作狀態(tài)下，太陽光邊界方程通過步驟S2中太陽光與衛(wèi)星本 體坐標系各軸夾角極值確定，根據(jù)步驟S2分析，太陽光在衛(wèi)星本體坐標系邊界方程由兩條 曲線構(gòu)成，分別如下公式，其中^0.4376,目1 = 94.8270°，目2 = 116.9830°，如圖4所示。
[0043] (1)
[0044] (2)
[0045] 由于衛(wèi)星本體坐標系Z軸始終指向地屯、，因此，衛(wèi)星無機動狀態(tài)下地氣光邊界可通 過不同軌道高度地氣光半錐角0直接確定，地氣光在衛(wèi)星本體坐標系邊界方程如下公式，其 中白= 67。，如圖5所示。
[0046] (3)
[0047] S5:設(shè)置衛(wèi)星機動狀態(tài)下最大側(cè)擺角、俯仰角，根據(jù)坐標系旋轉(zhuǎn)矩陣確定衛(wèi)星在不 同機動狀態(tài)下（左側(cè)擺、右側(cè)擺、前仰、后仰)太陽光、地氣光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界曲線 數(shù)學(xué)方程，W及各種工況條件下衛(wèi)星本體坐標系不受雜光影響區(qū)域。
[004引具體地，本實施例定義衛(wèi)星前擺為:衛(wèi)星繞本體坐標系繞Y軸由巧向-Z軸向偏轉(zhuǎn)， 最大偏轉(zhuǎn)角為-30%衛(wèi)星后擺為:衛(wèi)星繞本體坐標系繞Y軸由巧向+Z軸向偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角 為30°。本實施例定義衛(wèi)星左側(cè)擺:衛(wèi)星繞本體坐標系繞X軸由-Y向-Z軸向偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角 為30%右側(cè)擺:衛(wèi)星繞本體坐標系繞X軸由-Y向+Z軸向偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角為30°。
[0049] 衛(wèi)星左側(cè)擺30°地氣光邊界曲線方程等價于步驟S4中地氣光邊界方程(3)繞X軸旋 轉(zhuǎn)-30°，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：
[0050] (4)
[0051] 線方程等價于步驟S4中太陽光邊界方程（1 )、（2)繞X 軸旋轉(zhuǎn)- ；（1)的影響，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：
[00 對 （5)
[0053] I線方程等價于步驟S4中地氣光邊界方程(3)繞X軸旋 轉(zhuǎn) 30。，；
[0054] (6)
[0055] 衛(wèi)星右側(cè)擺30°太陽光邊界曲線方程等價于步驟S4中太陽光邊界方程（1)、（2)繞X 軸旋轉(zhuǎn)30°，只需分析其右側(cè)邊界曲線(2)的影響，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：
[0056]
(7)
[0057] 衛(wèi)星前擺30°地氣光邊界曲線方程等價于步驟S4中地氣光邊界方程（3)繞Y軸旋 轉(zhuǎn)-30°，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：
[0化引 C 8)
[0059] 衛(wèi)星前擺30°太陽光邊界曲線方程等價于步驟S4中太陽光邊界方程（1)、（2)繞Y軸 旋轉(zhuǎn)-30°，太陽光相對衛(wèi)星本體坐標系的影響區(qū)域在地氣光覆蓋范圍內(nèi)，不需分析。
[0060] 衛(wèi)星后擺30°地氣光邊界曲線方程等價于步驟S4中地氣光邊界方程(3)繞Y軸旋轉(zhuǎn) 30°，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：
[0061] (9)
[0062] 衛(wèi)星后擺30°太陽光邊界曲線方程等價于步驟S4中太陽光邊界方程（1)、（2)繞Y軸 旋轉(zhuǎn)-30°，太陽光相對衛(wèi)星本體坐標系的影響區(qū)域在地氣光覆蓋范圍內(nèi)，不需分析。
[0063] 根據(jù)步驟S4和S5上述部分對太陽光、地氣光在各種工況下的邊界方程的提取及變 換，可得出在各種工況下衛(wèi)星本體坐標系不受太陽光、地氣光干擾的區(qū)域，邊界曲線在衛(wèi)星 本體YZ平面投影如圖6,可知不受干擾光影響區(qū)域共兩部分，夾角范圍分別為57.8°和26°。 本實施例設(shè)置星敏感器視場角為15°，因此26°范圍不滿足星敏感器安裝最小條件。邊界曲 線在XZ平面投影如圖7,可知不受干擾區(qū)域由衛(wèi)星左側(cè)擺地氣光邊界曲線（6)、衛(wèi)星右側(cè)擺 太陽光邊界曲線（5)、衛(wèi)星后側(cè)擺地氣光邊界曲線（9)和衛(wèi)星前側(cè)擺地氣光邊界曲線（8)構(gòu) 成。
[0064] S6.確定單視場星敏感器安裝條件下為避免雜散光影響星敏感器安裝指向范圍數(shù) 學(xué)方程。
[0065] 具體地，在衛(wèi)星各種工況條件下，本實施例單視場星敏感器不受雜光(太陽光、地 氣光)影響的最佳安裝指向曲線在衛(wèi)星本體坐標系YZ平面內(nèi)。聯(lián)立衛(wèi)星左側(cè)擺地氣光邊界 方程(6)、衛(wèi)星右側(cè)擺太陽光邊界方程(5) W及平面X = O可求得在Y偏-Z軸向星敏感器指向 邊界范圍：（-0.905<z<-0.122)。因此，單視場星敏感器安裝指向方程如下式：
[0066] (10)
[0067] S7.確定單視場星敏感器最大太陽光遮蔽角、地氣光遮蔽角關(guān)系，根據(jù)遮光罩設(shè)計 原則判斷安裝區(qū)間是否滿足設(shè)計要求;若滿足設(shè)計要求，設(shè)計結(jié)束;若不滿足設(shè)計要求，執(zhí) 行步驟S5,重新設(shè)置衛(wèi)星機動狀態(tài)下最大側(cè)擺角、俯仰角，或使其在部分工況下可用。
[0068] 具體地，根據(jù)右側(cè)擺太陽光邊界曲線（5) W及平面X = O可求得在YZ安裝平面內(nèi)太 陽光與Y軸向夾角為64.8°，最大太陽遮蔽角可由單視場星敏感器在YZ安裝平面內(nèi)指向與Y 軸向夾角巧求得，太陽最大遮蔽角
[0069] 與太陽光最大遮蔽角計算類似，根據(jù)左側(cè)擺地氣光邊界曲線(6) W及平面X = O可 求得在YZ安裝平面內(nèi)地氣光與Y軸向夾角為7°，地氣光最大遮蔽角可由單視場星敏感器在 YZ安裝平面內(nèi)指向與Y軸向夾角巧求得，地氣光最大遮蔽角f_niax= 口-7%根據(jù)上述計算， 遮光罩最大太陽遮蔽角與最大地氣光遮蔽角的關(guān)系如圖8。
[0070] 由于太陽光強遠高于地氣光，在星敏感器遮光罩設(shè)計中，太陽遮蔽角需大于地氣 光遮蔽角，因此單星敏在YZ平面內(nèi)安裝指向Y偏-Z軸角度應(yīng)大于-35°，本實施例星敏半視場 角為7.5°，設(shè)計地氣光遮蔽角不小于10°，由圖8可知，Y偏-Z軸角度應(yīng)小于-20°。具體星敏感 器安裝平面指向需與星敏感器遮光罩設(shè)計要求相結(jié)合。若滿足遮光罩尺寸及遮光性能設(shè)計 要求，設(shè)計結(jié)束;若不滿足遮光罩尺寸及遮光性能設(shè)計要求，執(zhí)行步驟S5，適當減小衛(wèi)星機 動狀態(tài)下最大側(cè)擺角、俯仰角，或使其在部分工況下可用。
[0071] 另外，本發(fā)明實施例的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法的其 它構(gòu)成W及作用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做寶述。
[0072] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不 一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可W在任何 的一個或多個實施例或示例中W合適的方式結(jié)合。
[0073] 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可W理解:在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可W對運些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。
【主權(quán)項】
1. 一種太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，其特征在于，包括以下 步驟： S1:設(shè)置太陽同步軌道參數(shù)、衛(wèi)星參數(shù)、STK軟件中HPOP阻力模型參數(shù)； S2:在STK軟件中進行HPOP仿真，確定衛(wèi)星在軌運行期間太陽光與衛(wèi)星本體坐標系三軸 矢量夾角； S3:根據(jù)地球半徑、大氣層高度計算確定地氣光與衛(wèi)星本體邊界夾角； S4:根據(jù)所述衛(wèi)星在軌運行期間太陽光與衛(wèi)星本體坐標系三軸矢量夾角，確定所述衛(wèi) 星在無機動狀態(tài)下，太陽光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界數(shù)學(xué)方程;根據(jù)所述地氣光與衛(wèi)星本 體邊界夾角確定所述衛(wèi)星在無機動狀態(tài)下，地氣光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界數(shù)學(xué)方程； S5:設(shè)置衛(wèi)星機動狀態(tài)下最大側(cè)擺角和俯仰角，根據(jù)坐標系旋轉(zhuǎn)矩陣確定所述衛(wèi)星在 不同機動狀態(tài)下太陽光、地氣光相對衛(wèi)星本體坐標系邊界曲線數(shù)學(xué)方程，以及各種工況條 件下衛(wèi)星本體坐標系不受雜光影響區(qū)域； S6:根據(jù)各種工況條件下衛(wèi)星本體坐標系不受雜光影響區(qū)域，確定單視場星敏感器安 裝條件下為避免雜散光影響星敏感器安裝指向范圍數(shù)學(xué)方程;以及 S7:根據(jù)右側(cè)擺太陽光邊界曲線和左側(cè)擺地氣光邊界曲線確定單視場星敏感器最大太 陽光遮蔽角、地氣光遮蔽角關(guān)系，根據(jù)遮光罩設(shè)計原則判斷安裝區(qū)間是否滿足設(shè)計要求;若 滿足設(shè)計要求，設(shè)計結(jié)束;若不滿足設(shè)計要求，執(zhí)行步驟S5，重新設(shè)置衛(wèi)星機動狀態(tài)下最大 側(cè)擺角、俯仰角，或使其在部分工況下可用。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，其特 征在于，在步驟S1中，所述太陽同步軌道參數(shù)包括高度h、降交點地方時T、在軌運行周期t; 所述衛(wèi)星參數(shù)包括衛(wèi)星質(zhì)量Μ、衛(wèi)星體積V; 所述STK軟件中HPOP阻力模型參數(shù)包括大氣阻力Cd、太陽光壓Cr、衛(wèi)星面質(zhì)比A/Μ和地磁 力KP，其中，所述衛(wèi)星面質(zhì)比A/Μ為1/4衛(wèi)星表面積S與質(zhì)量Μ的比值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，其特 征在于，在步驟S2中，所述衛(wèi)星本體坐標系中，Ζ軸指向地心，X軸為衛(wèi)星前進方向，Υ軸由右 手定則確定;α為太陽光與X軸夾角，β為太陽光與Υ軸夾角，γ為太陽光與Ζ軸夾角。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，其特 征在于，步驟S3進一步包括： 設(shè)置地球半徑Re，大氣層高度d，根據(jù)γ atm=asin((Re+d)/h)，計算確定地氣光與衛(wèi)星本 體邊界夾角γ atm。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，步驟 S4進一步包括:S401:所述衛(wèi)星無機動工作狀態(tài)下，太陽光邊界方程通過步驟S2中太陽光與 衛(wèi)星本體坐標系各軸夾角極值如下列公式確定：其中，Θ:為太陽光偏Y軸正向左邊界與Y軸夾角，θ2為太陽光偏Y軸正向右邊界與Y軸夾 角； S402:所述衛(wèi)星在無機動狀態(tài)下地氣光邊界可通過不同軌道高度地氣光半錐角直接確 定，地氣光在衛(wèi)星本體坐標系邊界方程如下公式： 其中，Θ為地氣光半錐角。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，其特 征在于，在步驟S5中，所述衛(wèi)星的機動狀態(tài)包括左側(cè)擺、右側(cè)擺、前仰和后仰。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，其特 征在于，步驟S6進一步包括： S601:單視場星敏感器不受雜光影響的最佳安裝指向曲線在衛(wèi)星本體坐標系YZ平面 內(nèi)； S602:聯(lián)立衛(wèi)星左側(cè)擺地氣光邊界方程、衛(wèi)星右側(cè)擺太陽光邊界方程以及平面X = 0求 得在Y偏-Z軸向星敏感器指向邊界范圍：單視場星敏感器安裝指向方程如下式：其中，σ為在YZ安裝平面內(nèi)太陽光右側(cè)擺邊界與Y軸向夾角，τ為在YZ安裝平面內(nèi)地氣光 左側(cè)擺邊界與Υ軸向夾角。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽同步軌道衛(wèi)星單視場星敏感器安裝指向設(shè)計方法，其特 征在于，步驟S7進一步包括： S701:根據(jù)右側(cè)擺太陽光邊界曲線以及平面Χ = 0可求得在ΥΖ安裝平面內(nèi)太陽光與Υ軸 向夾角〇,最大太陽遮蔽角可由單視場星敏感器在ΥΖ安裝平面內(nèi)指向與Υ軸向夾角識求得，太 陽最大遮蔽角51 _ max = σ -識； S702:根據(jù)左側(cè)擺地氣光邊界曲線以及平面Χ = 0可求得在ΥΖ安裝平面內(nèi)地氣光與Υ軸 向夾角τ，地氣光最大遮蔽角可由單視場星敏感器在ΥΖ安裝平面內(nèi)指向與Υ軸向夾角爐求得， 地氣光最大遮蔽角！_max = f-τ。
【文檔編號】G06F17/50GK105956233SQ201610250665
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】邢飛, 王賡, 尤政
【申請人】清華大學(xué)