双自旋卫星的姿态运动和控制

本文引入卫星动力学等效概念,把单自旋卫星的动力学分析、制控的概念和方法推广应用到双自旋卫星。提出了双自旋卫星的双脉冲闭路控制的设计方案。分析了由于结构误差引起的摆动,给出了摆动角的计算公式和卫星姿态的稳定判据。论证了管一球武章动阻尼器也适用于双自旋卫星。证明了章动阻尼器不能消除摆动,甚至对卫星姿态误差产生不可忽视的影响;最大姿态误差角等于章动角和摆动角之和。最后,用仿真试验验证了分析结果。     

利用斜装动量轮的加速过程实现卫星姿态捕获

一、前言利用动量转换进行姿态捕获是随着双自旋卫星的广泛应用而出现的一个新技术、新课题它的基本过程如图1所示. 利用动量转换技术可以同时实现轮子加速、星体消旋和90°转向,不但控制方法简单,而且节省燃料和敏感器等设备. 关于这一课题,文献[1-5]研究的通常都是起始自旋轴为最大主惯量轴、单个轮子(或双自旋卫星的转子)用恒力矩加速的情况,得出的共同结论是,在不考虑能耗因素的情     

冗余空间机械臂抓捕自旋卫星后的消旋控制

旨在提出一种运动学冗余空间机器人抓捕自旋卫星后的消旋策略和协调控制方法。首先，给出运动学冗余空间机器人捕获目标后的动力学模型，作为协调控制器设计基础。然后，基于四阶Bézier曲线和满足特定约束的自适应微分进化(Differential Evolution, DE)算法提出抓捕后的最优消旋与路径规划策略，最优消旋策略中同时考虑对消旋时间和控制力矩进行优化。提出一种跟踪所设计参考轨迹的协调控制方法，调整基座的姿态达到期望值。所提方法有效地衰减了自旋卫星的初始角速度，同时实现对基座姿态的控制。文末给出利用7 DOF冗余空间机械臂消除目标自旋运动的仿真结果，表明所提方法的有效性。     

FY-2C星控制分系统设计

介绍了风云二号(FY-2)气象卫星双自旋稳定控制分系统的组成、功能和技术指标,以及卫星起旋控制、章动角与摇摆角控制、敏感器设计和消旋子系统设计等关键技术.C星在轨运行情况表明,控制分系统工作正常、性能稳定,圆满完成了起旋、主动章动控制、测定姿、姿态机动、转速调整、定点捕获和天线消旋对地定向等任务,技术指标满足任务书要求.     

双自旋同步气象卫星的姿态稳定度分析

本文在一般双自旋卫星动力学模型线性分析的基础上,给出了双自旋同步气象卫星姿态稳定度的数学描述和不规律姿态运动(摆动运动、章动运动)对姿态稳定度影响的解析表达式,并与非线性模型数学仿真结果进行对比,表明仿真结果与线性分析结果相当一致。     

细长型双自旋静止卫星测控仿真

本文介绍了在计算机上进行细长型双自旋卫星姿态、轨道和重要遥测参数仿真的原理和方案。该方案考虑了卫星章动运动对姿态的影响，根据实时性和精度的要求，模拟卫星实际测控过程，对各种遥测量进行了仿真。基于该方案的仿真程序通过了星地大回路演练的检验，达到了预期的要求和目的。     

多体卫星地面物理仿真的一致性研究

三轴气浮台不能直接用于多体卫星的地面物理仿真实验,这是由于部件转动引起台体 的质心变化,进而产生重力静不平衡力矩,使仿真过程无法进行,因此需要质心补偿系统对 气浮台的重力静不平衡力矩进行补偿。本文通过对多体卫星动力学和气浮台动力学的比较, 分析了在重力场中的地面物理仿真系统与真实卫星的动力学特性的不同点,给出地面物理仿 真系统能完全模拟真实卫星运动的一致性条件,并进行了数学仿真。当转动附件的质心在转 动轴或转动中心上时,气浮台系统可以完全模拟卫星系统的质量特性和力学耦合特性,否则 ,多体气浮台系统和多体卫星系统的动力学耦合特性不完全一致,需要采取一定的方法进行 补偿。
     

布哈什卡拉(Bhaskara)卫星采用磁偏置控制

轨道退行(orbit regression)会使卫星自旋轴偏离轨道法线。扰动力矩,例如气动力矩,重力梯度力矩,太阳辐射压力力矩和磁力矩,也能引起自旋轴的漂移。印度地球观测实验卫星Bhaskara是近地圆轨道自旋稳定卫星,其自旋轴沿轨道法线定向,采用冷气推进系统来控制其自旋轴的定向和自旋速率。对于该卫星而言,每一自旋周期内重力梯度力矩平均为零。气动力矩是个以轨道频率旋转的矢量,故净漂移很小,在设计阶     

实践四号卫星姿态测量系统与数据处理

采用太阳敏感器和磁强计构成卫星姿态测量系统实践四号卫星自旋轴相对太阳矢量,地磁矢量的方位以确定卫星相对于惯性空间的方位和卫星自旋转速,以及卫星章动信息,并给出了数据处理算法和结果。     

双自旋同步气象卫星的姿态运动分析

本文建立了考虑各种偏差和带有步进辐射计的一般双自旋卫星的动力学模型，并引入平主轴坐标系概念，由线性分析给出摆动运动及章动运动的规律。通过引入瞬时主轴系，并考虑了辐射计偏的影响，导出了辐射计步进过程产生的章动运动的表达式，最后将线性分析结果与非线性模型数学仿真进行了对比，结果表明两者相当一致。     

Chaos and its avoidance in spinup dynamics of an axial dual-spin spacecraft

Attitude dynamics of a dual-spin spacecraft (DSSC) and a torque-free angular motion of a coaxial bodies system are considered. Some regimes of the heteroclinic chaos are described. The local chaotization of the DSSC is investigated at the presence of polyharmonic perturbations and small nutation restoring/overturning torques on the base of the Melnikov method and Poincaré Maps. Reasons of the chaotic regimes initiation at the spinup maneuver realization are studied. An approach for the local heteroclinic chaos escape/avoidance at the modification of the classical spinup maneuver is suggested.     

FY-2C星云图成像技术

介绍了风云二号(FY-2)气象卫星星上成像系统的主要功能和技术指标、云图的生成与传输,以及数传与转发技术.阐述了以太阳为基准采用星上预同步、地面同步/数据缓冲器(S/DB)进行精同步的同步成像技术的卫星成像系统设计原理.分析了卫星姿态动力学对自旋轴定向稳定的影响、扫描辐射计扫描机构步进对自旋周期稳定度的影响、卫星摇摆运动造成的云图几何畸变等产生成像误差的因素,以及采取的补偿修正方案.飞行试验结果表明,C星的云图网格配准精度优于1个可见像素,章动角和摇摆角也符合设计要求.     

Spin-stabilized satellite magnetic attitude control scheme without initial detumbling

The angular motion of an axisymmetrical satellite equipped with an active magnetic attitude control system is considered. The dynamics of the satellite are analytically studied on the whole control loop. The control loop is as follows: preliminary reorientation along with nutation damping, spinning about the axis of symmetry, then precise reorientation of the axis of symmetry in inertial space. Reorientation starts right after separation from the launch vehicle. Active magnetic attitude control system time-response with respect to its parameters is analyzed. It is proven that low-inclined orbit forces low control system time-response. Comparison with the common control scheme shows the time-response gain. Numerical analysis of the disturbances effect is carried out and good pointing accuracy is proved.     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

风云二号卫星地面控制系统自适应同步控制方法

针对风云二号07星测控实施过程中部分姿章联控参数未能正常执行的系统间时序控制不同步问题,研究提出一种地面控制系统自适应同步控制方法,分析卫星历史数据得到有效接收时间区间,取所有有效接收时间区间的交集得到最终有效接收时间区间。经验证,方法可有效解决系统间时序不同步的问题,精度高,控制效果好。     

Study of a bunch of three algorithms for magnetic control of attitude and spin rate of a spin-stabilized satellite

We consider the angular motion of an axi-symmetrical satellite equipped with an active magnetic attitude control system. Dynamics of the satellite is studied on the entire control loop, consisting of a bunch of three successively used algorithms. The control cycle includes the stages of nutation damping, spinning up the satellite about its symmetry axis, and reorienting the symmetry axis into a preset direction in the inertial space. The results are confirmed by numerical simulations.     

空间光电跟踪系统闭环全物理仿真试验技术

为验证空间光电跟踪系统与卫星平台耦合作用下的跟踪性能,提出空间光电跟踪系统全物理仿真试验方法。利用三轴气浮台模拟卫星零重力下的自由转动,在地面实现了非合作目标闭环跟踪控制和空间动力学特性的综合模拟。采用基于整星姿态动力学的重力干扰力矩辨识方法,消除转动部件重力干扰对试验的影响,实现对系统跟踪脱靶量的精确评估。试验结果表明,空间光电跟踪系统针对非合作目标的跟踪脱靶量优于0.006°（3σ）,满足系统在轨应用需求。但在对高速目标跟踪过程中,跟踪脱靶量存在一定的相位滞后,控制方案需进一步优化。