空间飞行器上仪器的定向补偿系统技术方案

一闭环系统减小一台或多台空间飞行器的定向误差．每台仪器都有用来指令该仪器中运动的装置３和响应来自装置３的指令４来，在该仪器中传递运动的定向控制系统５．空间飞行器运动补偿逻辑２５补偿由于仪器运动导致飞行器运动而引起的仪器定向误差．为每一仪器提供一定向控制系统５和指令装置３并使之与飞行器运动补偿逻辑相连，就可补偿任何有限数量的仪器．运动补偿逻辑２５是该飞行器运动的动态模型的代数负值的电子形式．本申请提供了一个模型的例子和计算机模拟的结果．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于减小空间飞行器上仪器定向误差的领域，该误差是由于一台或多台仪器的运动而导致空间飞行器的运动所引起的。第4，437，047号美国专利公开了一种闭环控制系统，它向一转矩电机提供转矩指令信号，该电机控制一个双自旋卫星的仪器平台的指向位置。如图1所示，卫星20包括自旋部分21和一仪器平台22，此平台有一个预定的视线(Line-of-sight)26。自旋部分21包括一红外地面传感器25，当此传感器鸟瞰地面时，它提供一输出脉冲，图3和图4所示的控制系统使用了由地面传感器25产生的脉冲及代表视线26的脉冲来将转矩指令信号57、58提供给自旋部分21。第4，143，312号美国专利公开了一种控制系统，用来稳定装在一基座上的旋转天线以补偿基座的横摇和纵摇。图1示出了天线1，它由两轴变向系统(包括框架5)固定在一条船的甲板4所带的平台3上。框架5可绕水平横摇轴8旋转。被稳定的平台3可绕水平纵摇轴9旋转。图3给出了此控制系统的一部分，它包括同步发送器10R，10P来检测天线1绕横摇轴8和纵摇轴9的相对运动。横摇发送器10R的输出被加到一控制变压器11R上，此变压器还从船的垂直参考单元(未示出)取出一横摇数据的输入17。根据这一数据和相应的纵摇数据，天线1的定位被稳定以补偿船的横摇和纵摇。其次的参考文献是美国专利第4，272，455号;4，325，586号;4，375，878号;和4，418，306号。本专利技术是一闭环系统，用来减少一台或多台空间飞行器仪器中的定向误差，此误差是由于一台或多台仪器的运动而导致飞行器运动所引起的。一台仪器可以对其自身运动引起的误差进行补偿(自补偿)。每一台仪器都有用来指令该仪器中运动的装置(3)，和定向控制系统(5)，用来响应指令装置(3)发出的指令信号(4)来在该仪器中传递运动。一个空间飞行器运动补偿逻辑(25)与每一指令装置(3)和定向控制装置(5)相耦合。空间飞行器运动补偿逻辑(25)是一个电子电路，它包含一个空间飞行器运动的动态模型的代数负数。此电子线路(25)能以模拟或数字形式实现。本专利技术能够大大地减少飞行器仪器间的动态相互作用，同时还有一重要的附带的效果，就是减化了地面操作。因此，这里所描述的运动补偿系统提高每一仪器的完全独立的运行，这就带来既节省费用又节省人力，同时，增强了整个系统的效能。在参照附图所作的不列说明中充分地展示了本专利技术的这些和其它更详细的和特殊的目的和特点。在附图中图1是可利用本专利技术的一颗卫星的立体图;图2是本专利技术的N个仪器的实施方案的概括的功能框图;图3是图2的一种特殊情况，它属于图1所示的动量偏置卫星;图4示出了当没使用本专利技术时，对构成图3结构的作为时间函数的定向误差10的曲线;图5是当使用本专利技术时，对构成图3结构的作为时间函数的定向误差8的曲线。本专利技术可用于任何形式的空间飞行器，及飞行器上任何有限数量的仪器，如照相机，天线，太阳能电池板，这些都需要精确地定向。将用图1所示的空间飞行器对本专利技术作特殊说明。此空间飞行器是NASA的GOESI/J/K气象卫星。图1所示的部件包括太阳能电池阵列11，X射线传感器12，地磁仪13，S波段发射天线14，SAR(搜索和救援)天线15，超高频天线16，遥测和指令天线18，地面传感器19，S波段接收天线20，太阳反射器24，成像器1和探测器2。成像器1包括冷却器17，孔经23，和镜面33。探测器2包括冷却器21，孔经22和镜面32。镜面33和32各安装在一个两轴变向系统上，它相对于正交的X轴和Y轴以每秒多个连续位置的扫描速度有选择地定位镜面33和32。X轴可称为滚转，北/南，或仰角轴。Y轴可称为俯仰，东/西，或方位轴。成象器1提供地球表面的辐射度的成象，成象器1有5个通道，其中4个是红外通道，1个是可见光通道;它的两轴变向扫描镜面33在地球上沿东/西通路扫过一个8公里的纵向幅区，从而同时提供各通道看到的景象的共同记录数据。扫描区域的位置和大小由指令控制。在每一扫描帧的末尾，镜面33转向成象器1中的红外黑体以便校准。成象器1也可通过石油星体来校准，以提供精确的地面位置和光轴的相关数据。探测器2测量地球大气层中的湿度含量和温度。探测器2包括一个19通道(18个红外通道和1个可见光通道)离散滤波轮盘辐射计;它的两轴变向扫描镜面32以间隔10公里的增量进行东/西通路40公里的纵向辐区的步进式扫描。被动式辐射冷却器21控制滤波轮盘组件的温度。这使得可以在低温下工作增加灵敏度。辐射度校准是通过镜面32周期地转向空间和一内部黑体目标来实现。以后在本说明书中，我们将参照图3-5说明成象器1和探测器2的定向补偿。但首先，图2给出了本专利技术的概括的描述，在图中，需要定向补偿的N台仪器中的每一台都包括指令逻辑3，它一般是一个电子部件，通过转向指令4命令相应的仪器定向。每台仪器还进一步包括一定向控制系统5，用来使该仪器实现定向运动。空间飞行器运动补偿逻辑25一般是连续工作的，并从每台仪器接收转向指令4作为输入，通过加法器9向各定向控制系统5输出一补偿信号6。借助打开过载开关30来断开通过空间飞行器遥测天线从地面收到的指令，就可以任意切断补偿信号6。空间飞行器运动补偿逻辑25包括该飞行器运动的动态模型的代数负值。因而，响应转向指令4，补偿信号6命令这些仪器去做那些与希望空间飞行器所做的相反的事。此补偿信号6通过仪器的定向控制系统5输入到仪器中。由于这是一个闭环系统(在图2中被标为单元31)，作为仪器的转向的结果，闭环的空间飞行器的这些动态本身导致飞行器自身运动，但仪器的定向也因而得到补偿。现在回到图1的例子，对成象器1的一个主要的干拢源是，在该成象器工作期间，探测器镜面32的转向运动。除了成象器镜面33对探测器2的运动效应之外，对这些转向运动进行了分析并且发现了由它们所产生的显著的误差。飞行器上的定向补偿系统利用估算的飞行器动态特性和控制装置补偿了这些运动，因此，它们的效应是很微小的。例如，考虑成象器1和探测器2，以及空间飞行器平台对探测器镜面32的转向的响应，如图3所示，此转向是根据探测器转向逻辑组件3(2)产生并送给探测器镜面伺服动态组件5(2)的指令4开始的。指令4使镜面32相对于任意参考角围绕X轴和Y轴转动一些所期望的角度。当高带宽镜面控制环5(2)精确地追踪指令4时，同空间飞行器交换的镜面32的动量可导致多到50微弧度的瞬态飞行器扰动10和伴生的成象器1的定向误差。拢动10被更全面地示于图4。为了补偿成像器33的定向，补偿逻辑25同时对探测器转向指令进行实时处理，预估由此产生的平台运动，将补偿信号6通过加法器9送至成象器镜面伺服动态组件5(1)。由于补偿信号6与代表扰动10的信号等值且反极性，成象器镜面33运动来消除空间飞行器平台的扰动10，只剩下一剩余的定向误差。扰动10更全面地示于图5。图4给出了空间飞行器平台对探测器镜面32的180°黑体校准转向的未补偿的响应10，镜面32绕Y轴以10°/秒的速度转动。如果此误差10不被补偿，由此产生的对成象器1的扰动将达48.3微弧度的最大值。图4表明未补偿的响应10足够慢，以致利用数字计算机实现补偿逻辑25可很容易地在未补偿的阻尼间隔期间(约72秒)完成甚至很多次复杂的一系列步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于减小由于仪器运动而导致空间飞行器运动所产生的空间飞行器上仪器的定向误差的系统，该系统包括：至少一台装在空间飞行器上并指向该飞行器以外位置上的仪器；与每台仪器相耦合，用来转换仪器的定向方向的动力装置；与各动力装置相耦合，用来在 仪器中指令运动的指令装置；用来补偿仪器运动而导致的空间飞行器运动误差的补偿装置，该补偿装置的一个输出耦合到每一动力装置，一个输入耦合到每一指令装置。

【技术特征摘要】
US 1985-9-30 802,121的制约。根据上面的讨论，本领域的技术人员可以作许多改变，但它们仍都属于本发明的原则和范围之内。权利要求1.用于减小由于仪器运动而导致空间飞行器运动所产生的空间飞行器上仪器的定向误差的系统，该系统包括至少一台装在空间飞行器上并指向该飞行器以外位置上的仪器；与每台仪器相耦合，用来转换仪器的定向方向的动力装置；与各动力装置相耦合，用来在仪器中指令运动的指令装置；用来补偿仪器运动而导致的空间飞行器运动误差的补偿装置，该补偿装置的一个输出耦合到每一动力装置，一个输入耦合到每一指令装置。2.权利要求1的系统，其中，补偿装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔T普里斯希亚，多纳德W加布里，
申请(专利权)人：福特航空通讯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]