一种火星探测器无陀螺自主空间姿态机动控制方法

摘要

本发明公开一种火星探测器无陀螺自主空间姿态机动控制方法，适用于探测器不同定向目标间的姿态机动控制，不依靠陀螺数据而仅依靠星敏感器数据完成任意指向的姿态机动。探测器姿态机动前确定目标姿态四元素，使用飞轮闭环控制星体绕欧拉轴以最短路径完成姿态机动。与现有技术相比，该方法以最小硬件配置，即星敏感器和飞轮，可以最短路径完成任意指向的姿态机动，具有实用性。

主权项

一种火星探测器无陀螺自主空间姿态机动控制方法，其特征在于包括如下步骤：1)探测器进入姿态机动模式前，首先使用推力器将飞轮转速卸载，使飞轮角动量达到姿态机动前的需要；2)探测器进入姿态机动模式后，根据目标姿态四元素和当前星体姿态四元素计算姿态机动欧拉轴和欧拉角；3)根据飞轮转动动量和星体惯量计算姿态机动角速度，确定星体机动加速时间t_on与星体机动时间t_s，这两个时间取值的确定必须保证反作用飞轮的转速不超过其最大转速；确定星体机动加速时间t_on与星体机动时间t_s的计算公式为：$t_{on}=\frac{1}{2}[t_s-\sqrt{t_s^2-\frac{4{\phi }_f}{\alpha }}]$对于迭代求解，最好的t_s初始迭代值为：$t_s=2\sqrt{\frac{{\phi }_f}{\alpha }}$式中：t_on为星体机动加速时间；t_s为星体机动时间；φ_f为姿态机动欧拉角；α为机动角加速度；4)采用前馈+反馈策略的解耦控制律，探测器姿态准确跟踪机动规划的角速度和控制力矩。