本發(fā)明主要涉及航天器，具體地涉及一種衛(wèi)星的帆板法線矢量確定方法、系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
背景技術(shù)：
1、在航天技術(shù)領(lǐng)域中，空間飛行器普遍裝備了帆板驅(qū)動(dòng)裝置，例如太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(solar?array?drive?assembly，簡(jiǎn)稱sada)，該機(jī)構(gòu)旨在通過(guò)精確驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)帆板使之實(shí)現(xiàn)對(duì)日定向，進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池陣的發(fā)電效率，確保衛(wèi)星系統(tǒng)能源的穩(wěn)定供應(yīng)。sada由兩大核心部分構(gòu)成：一是太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備(solar?array?drive?machinery，簡(jiǎn)稱sadm)，負(fù)責(zé)機(jī)械驅(qū)動(dòng)；二是太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)電子學(xué)設(shè)備(solar?array?drive?electronics，簡(jiǎn)稱sade)，負(fù)責(zé)電子控制及信號(hào)處理。
2、sadm通常采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，使用諧波減速器、轉(zhuǎn)軸及軸系組件為整個(gè)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力。該系統(tǒng)中集成了電位計(jì)及霍爾零位傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋帆板的角速度及角位置信息以確保驅(qū)動(dòng)控制的準(zhǔn)確性，還集成了柱式導(dǎo)電滑環(huán)用于功率和信號(hào)傳輸以保障整個(gè)系統(tǒng)的通信暢通。
3、在帆板驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，帆板在空間中的旋轉(zhuǎn)位置呈現(xiàn)出高度的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性。目前針對(duì)帆板驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下的帆板法線矢量的算法很少，衛(wèi)星在執(zhí)行目標(biāo)定向任務(wù)過(guò)程中，若缺少帆板法線矢量的支持，會(huì)影響衛(wèi)星定向的準(zhǔn)確性和效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種衛(wèi)星的帆板法線矢量確定方法、系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，可以為裝備了帆板驅(qū)動(dòng)裝置的衛(wèi)星提供帆板法線矢量算法的支持，確保衛(wèi)星能夠準(zhǔn)確地對(duì)日定向、穩(wěn)定運(yùn)行以及執(zhí)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)和任務(wù)，從而可以提高衛(wèi)星定向的準(zhǔn)確性和效率。
2、本申請(qǐng)為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是一種衛(wèi)星的帆板法線矢量確定方法，帆板對(duì)稱安裝在衛(wèi)星的衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的+y方向和-y方向，方法包括：根據(jù)帆板展開(kāi)時(shí)刻的狀態(tài)建立零位帆板坐標(biāo)系；根據(jù)帆板旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)角和零位帆板坐標(biāo)系計(jì)算衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的帆板法線矢量。
3、在本申請(qǐng)的一實(shí)施例中，根據(jù)帆板展開(kāi)時(shí)刻的狀態(tài)建立零位帆板坐標(biāo)系的步驟包括：將帆板在衛(wèi)星上的安裝點(diǎn)b作為零位帆板坐標(biāo)系的原點(diǎn)；將帆板展開(kāi)處于零位時(shí)且平行于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下xb軸的方向作為零位帆板坐標(biāo)系的xw軸；其中，xb軸指向衛(wèi)星前進(jìn)的方向；零位表示帆板的帆板軸位于0度方向；將平行于帆板長(zhǎng)邊的方向作為零位帆板坐標(biāo)系的yw軸；根據(jù)右手坐標(biāo)系構(gòu)建與xw軸和yw軸正交的zw軸，從而獲得零位帆板坐標(biāo)系b—xwywzw。
4、在本申請(qǐng)的一實(shí)施例中，根據(jù)帆板旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)角和零位帆板坐標(biāo)系計(jì)算衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的帆板法線矢量的步驟包括：根據(jù)+y方向帆板旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)角和零位帆板坐標(biāo)系b—xwywzw計(jì)算衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的+y方向帆板法線矢量spb_+y；根據(jù)-y方向帆板旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)角和零位帆板坐標(biāo)系b—xwywzw計(jì)算衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的-y方向帆板法線矢量spb_-y。
5、在本申請(qǐng)的一實(shí)施例中，帆板的帆板軸包括+y方向a軸、+y方向b軸；采用下面的公式計(jì)算衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的+y方向帆板法線矢量spb_+y：
6、
7、其中，αw_+ya表示+y方向帆板旋轉(zhuǎn)后當(dāng)前帆板坐標(biāo)系相對(duì)于零位帆板坐標(biāo)系b—xwywzw，+y方向a軸的當(dāng)前轉(zhuǎn)角；βw_+yb表示+y方向帆板旋轉(zhuǎn)后當(dāng)前帆板坐標(biāo)系相對(duì)于零位帆板坐標(biāo)系b—xwywzw，+y方向b軸的當(dāng)前轉(zhuǎn)角。
8、在本申請(qǐng)的一實(shí)施例中，在根據(jù)帆板旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)角和零位帆板坐標(biāo)系計(jì)算衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的帆板法線矢量的步驟之后，還包括：根據(jù)慣性坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量si計(jì)算衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量sb；根據(jù)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量sb和帆板法線矢量計(jì)算帆板對(duì)日定向夾角。
9、在本申請(qǐng)的一實(shí)施例中，采用下面的公式計(jì)算衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量sb：
10、sb＝sbi·si＝[sbx?sby?sbz]t
11、
12、其中，rbi表示衛(wèi)星定姿獲得的慣性坐標(biāo)系到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的姿態(tài)矩陣。
13、在本申請(qǐng)的一實(shí)施例中，根據(jù)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量sb和帆板法線矢量計(jì)算帆板對(duì)日定向夾角的步驟包括：采用下面的公式計(jì)算+y方向帆板對(duì)日定向夾角θ+y：
14、
15、其中，spb_+y表示衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的+y方向帆板法線矢量；采用下面的公式計(jì)算-y方向帆板對(duì)日定向夾角θ-y：
16、
17、其中，spb_-y表示衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的-y方向帆板法線矢量。
18、在本申請(qǐng)的一實(shí)施例中，帆板包括太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；帆板上太陽(yáng)電池片的貼片面位于零位帆板坐標(biāo)系b—xwywzw的-zw面。
19、本申請(qǐng)為解決上述技術(shù)問(wèn)題還提出一種衛(wèi)星的帆板法線矢量確定系統(tǒng)，包括：存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)可由處理器執(zhí)行的指令；處理器，用于執(zhí)行指令以實(shí)現(xiàn)如上的衛(wèi)星的帆板法線矢量確定方法。
20、本申請(qǐng)為解決上述技術(shù)問(wèn)題還提出一種存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，計(jì)算機(jī)程序代碼在由處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上的衛(wèi)星的帆板法線矢量確定方法。
21、本申請(qǐng)的技術(shù)方案根據(jù)帆板展開(kāi)時(shí)的初始狀態(tài)構(gòu)建零位帆板坐標(biāo)系，進(jìn)而結(jié)合帆板旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)角信息，可以實(shí)時(shí)計(jì)算并更新衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的帆板法線矢量，能夠?yàn)檠b備了帆板驅(qū)動(dòng)裝置的衛(wèi)星提供帆板法線矢量算法的支持，確保衛(wèi)星能夠準(zhǔn)確地對(duì)日定向、穩(wěn)定運(yùn)行以及執(zhí)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)和任務(wù)，從而可以提高衛(wèi)星定向的準(zhǔn)確性和效率。本申請(qǐng)對(duì)于提升衛(wèi)星系統(tǒng)的整體性能和任務(wù)執(zhí)行能力具有重要意義。
1.一種衛(wèi)星的帆板法線矢量確定方法，其特征在于，帆板對(duì)稱安裝在所述衛(wèi)星的衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的+y方向和-y方向，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的帆板法線矢量確定方法，其特征在于，根據(jù)所述帆板展開(kāi)時(shí)刻的狀態(tài)建立零位帆板坐標(biāo)系的步驟包括：
3.如權(quán)利要求1或2所述的帆板法線矢量確定方法，其特征在于，根據(jù)所述帆板旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)角和所述零位帆板坐標(biāo)系計(jì)算所述衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的帆板法線矢量的步驟包括：
4.如權(quán)利要求3所述的帆板法線矢量確定方法，其特征在于，所述帆板的帆板軸包括+y方向a軸、+y方向b軸；采用下面的公式計(jì)算所述衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的+y方向帆板法線矢量spb_+y：
5.如權(quán)利要求1所述的帆板法線矢量確定方法，其特征在于，在根據(jù)所述帆板旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)角和所述零位帆板坐標(biāo)系計(jì)算所述衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的帆板法線矢量的步驟之后，還包括：
6.如權(quán)利要求5所述的帆板法線矢量確定方法，其特征在于，采用下面的公式計(jì)算所述衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量sb：
7.如權(quán)利要求5所述的帆板法線矢量確定方法，其特征在于，根據(jù)所述衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量sb和所述帆板法線矢量計(jì)算帆板對(duì)日定向夾角的步驟包括：
8.如權(quán)利要求1或2所述的帆板法線矢量確定方法，其特征在于，所述帆板包括太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述帆板上太陽(yáng)電池片的貼片面位于所述零位帆板坐標(biāo)系b—xwywzw的-zw面。
9.一種衛(wèi)星的帆板法線矢量確定系統(tǒng)，其特征在于，包括：
10.一種存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序代碼在由處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的衛(wèi)星的帆板法線矢量確定方法。