延长空间仪器太阳测量时间的太阳跟踪系统姿态调整方法

摘要

延长空间仪器太阳测量时间的太阳跟踪系统姿态调整方法，属于太阳空间测量技术领域为了使工作在太阳同步轨道上的空间太阳测量仪器获取更多的太阳测量时间，在太阳测量仪器进入太阳光照区之前的一定时间段内，获取航天器的轨道根数和当前系统时间作为输入参数来计算太阳位置；根据第一步的输入参数，估算出太阳在地心惯性坐标系下的赤经和赤纬；计算地心惯性坐标系到轨道坐标系的坐标转换矩阵，经过坐标变换后，获得太阳在航天器轨道坐标系的估计坐标位置；获得太阳在航天器本体坐标系的估计坐标位置；获得太阳在太阳跟踪系统坐标系中的估计坐标位置；以估计坐标位置为控制系统的参考输入，驱动偏航运动子系统和俯仰运动子系统运动到目标位置。

说明书

技术领域

本发明涉及在近地轨道空间太阳测量仪器的一种太阳跟踪系统姿态调整方 法，可为太阳测量仪器获得更多的太阳观测时间，属于太阳空间测量技术领域。

背景技术

当前，地球气候环境的变化受到各国政府、学术机构等组织的高度重视。 太阳活动数据是研究地球气候系统变化及其变化原因的重要基本数据。在轨测 量太阳活动可有效地去除地球大气层扰动等外部因素的影响，降低地球空间轨 道运动对太阳活动测量时间分辨率的影响，是获取连续、可靠太阳数据的必要 手段。

目前，采用仪器自主的太阳跟踪系统对准太阳已经成为近地轨道空间太阳 仪器未来发展的一个重要方向。通过采用仪器自主的太阳跟踪系统，可将仪器 主光轴与入射太阳光偏角维持在零度或近似零度附件。与扫描测量模式相比， 这种仪器自主跟踪太阳的模式可以提高仪器的测量精度，有利于后期太阳活动 数据产品生产。

对于现有的近地太阳同步轨道航天器上的大多数空间太阳测量仪器而言， 这些太阳测量仪器的太阳跟踪控制方法一般不考虑太阳跟踪系统姿态的初始值 调整问题，通常对跟踪机械系统的姿态不进行特殊的设置。这些常用的太阳跟 踪方法没有着重考虑在航天器每一轨的空间飞行过程中，如何最大化航天仪器 在轨测量太阳时间的优化问题，浪费了若干宝贵的太阳测量机会。

发明内容

本发明为了使工作在太阳同步轨道上的空间太阳测量仪器获取更多的太阳 测量时间，在轨道飞行过程中获得更多的太阳测量数据，从太阳跟踪系统的初 始姿态调整入手，提出了获取更多太阳测量时间的空间太阳测量仪器的太阳跟 踪控制方法。

为解决上述技术难题，本发明的技术方案具体如下：

延长空间仪器太阳测量时间的太阳跟踪系统姿态调整方法，其特征是，其 包括以下步骤：

第一步，在太阳测量仪器进入太阳光照区之前的一定时间段内，获取航天 器的轨道根数和当前系统时间作为输入参数来计算太阳位置；

第二步，根据第一步的输入参数，利用VSOP87算法，分别计算儒略世纪 数、太阳几何平黄经、太阳平近点角和地球轨道离心率参数，估算出太阳在地心 惯性坐标系下的赤经和赤纬；

第三步，计算地心惯性坐标系到轨道坐标系的坐标转换矩阵，经过坐标变 换后，获得太阳在航天器轨道坐标系的估计坐标位置；

第四步，计算轨道坐标系到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵，经过坐标变 换后，获得太阳在航天器本体坐标系的估计坐标位置；

第五步，计算航天器本体坐标系到太阳测量仪器自主太阳跟踪系统的坐标 转换矩阵，经过坐标变换后，获得太阳在太阳跟踪系统坐标系中的估计坐标位 置；

第六步，以第五步太阳在太阳跟踪系统坐标系中的估计坐标位置为控制系 统的参考输入，分别驱动偏航运动子系统和俯仰运动子系统运动到目标位置。

本发明的有益效果：在每次即将离开地球阴影区的一定时间段内，太阳跟 踪系统首先计算太阳位置，然后调整偏航子系统和俯仰运动子系统的姿态，保 证太阳跟踪系统在其自身的姿态敏感器捕获太阳光后可立即进行基于视觉反馈 信号的闭环跟踪，同时保证初始太阳跟踪偏差近似为零或者维持在数值较小的 范围内，从而缩短太阳跟踪偏差减小为零的过渡过程，最终获取更多的太阳测 量时间。

本发明涉及的在轨太阳跟踪系统用于负载空间太阳测量仪器对日精确定 向。

附图说明

图1为本发明延长空间仪器太阳测量时间的太阳跟踪系统姿态调整流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

用于空间太阳测量仪器主光轴对准太阳的太阳跟踪系统通过调整自身的姿 态参数来增加太阳的测量时间。这里涉及的空间太阳跟踪系统为一种高集成度 的二自由度太阳跟踪系统，包括偏航子系统和俯仰子系统两个相对独立的子系 统。空间太阳跟踪系统根据反馈控制的原理运行，运行环境为太阳同步轨道。

通过基于图像反馈的方法，太阳跟踪系统可在较大的视场范围内，实现优 于0.01°的太阳像点中心定位精度。在太阳跟踪系统捕获太阳光之后，同时在 基于图像反馈的信号状态正常的前提条件下，太阳跟踪系统准确地获取太阳位 置信息，并依照一定的控制算法分别获得偏航运动子系统的输入控制量和俯仰 运动子系统的输入控制量，最终实现空间太阳测量仪器对日精确定向的闭环跟 踪。

本发明提出的延长太阳测量时间长度的太阳跟踪系统姿态调整方法将应用 在太阳跟踪系统捕获太阳光之前。

如图1所示，本发明延长空间仪器太阳测量时间的太阳跟踪系统姿态调整 方法，包括以下步骤：

第一步，在太阳测量仪器进入太阳光照区之前的一定时间段内，获取航天 器的轨道根数和当前系统时间作为输入参数来计算太阳位置；

第二步，根据上一步的输入参数，利用VSOP87算法，分别计算儒略世纪 数、太阳几何平黄经、太阳平近点角和地球轨道离心率参数，估算出太阳在地心 惯性坐标系下的赤经和赤纬；

第三步，计算地心惯性坐标系到轨道坐标系的坐标转换矩阵，经过坐标变 换后，获得太阳在航天器轨道坐标系的估计坐标位置；

第四步，计算轨道坐标系到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵，经过坐标变 换后，获得太阳在航天器本体坐标系的估计坐标位置；

第五步，计算航天器本体坐标系到太阳测量仪器自主太阳跟踪系统的坐标 转换矩阵，经过坐标变换后，获得太阳在太阳跟踪系统坐标系中的估计坐标位 置；

第六步，以第五步太阳在太阳跟踪系统坐标系中的估计坐标位置为控制系 统的参考输入，分别驱动偏航运动子系统和俯仰运动子系统运动到目标位置。

如果太阳位置的估算结果与太阳实际位置相差不大，则完成上述调整步骤 后，当太阳测量仪器进入太阳光照区时，太阳跟踪系统将以近似为零或者极小 的初始对日偏差开始跟踪太阳。