用于确定配备有陀螺致动器的卫星的姿态的装置和方法以及携带此类装置的卫星制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定卫星(10)的姿态的装置(30)，所述卫星包括姿态控制系统，所述姿态控制系统包括陀螺致动器(20)，所述陀螺致动器包括飞轮(21)，所述飞轮被安装成能够绕旋转轴旋转并由万向节(22)承载，所述万向节被铰接成绕旋转轴旋转。所述装置(30)包括：姿态传感器(31)，所述姿态传感器能够测量所述卫星的所述姿态；位置传感器(32)，所述位置传感器能够测量所述万向节(22)绕其旋转轴的角位置；速度传感器(33)，所述速度传感器能够测量所述飞轮(21)的旋转速度；计算构件(34)，所述计算构件被配置成通过使用以下来确定所述卫星(10)的所述姿态：对所述万向节(22)的所述角位置的所述测量、对所述飞轮(21)的所述旋转速度的所述测量以及对所述卫星(10)的所述姿态的所述测量。测量。测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定配备有陀螺致动器的卫星的姿态的装置和方法以及携带此类装置的卫星


[0001]本专利技术属于人造卫星领域，其姿态由包括一个或多个惯性致动器的构件控制。更具体地，本专利技术涉及一种用于确定携带陀螺致动器类型的惯性致动器的卫星的姿态的方法和装置以及携带此类装置的卫星。

技术介绍

[0002]为了确定卫星的姿态，已知在卫星中嵌入星体跟踪器。这种星体跟踪器是一种光学传感器，其观察空间区域，并根据星体在其视场中的位置来确定所述卫星的姿态。然而，当仅基于星体跟踪器的测量时，对于以足够的精确度来确定卫星的姿态，由星体跟踪器进行的测量有时太嘈杂或不可用(眩光等)。
[0003]还已知通过在卫星中嵌入速率陀螺仪来确定人造卫星的姿态变化。速率陀螺仪是测量卫星的旋转速度的动力学传感器，旋转速度使得可以确定卫星的姿态变化。实际上，在卫星中具有四个或更多个速率陀螺仪的情况并不少见，从而用于确定所述卫星的姿态变化。
[0004]目前用于确定姿态的装置通常配备有速率陀螺仪和星体跟踪器两者。此类装置使得能够以良好的精确度确定卫星的姿态，因为由速率陀螺仪提供的测量允许滤波掉来自星体跟踪器的测量噪声。然而，此类装置很昂贵，具体地是由于存在大量速率陀螺仪。
[0005]美国专利第6,263,264号公开了一种没有速率陀螺仪的卫星，所述卫星使用所述卫星的反作用轮的旋转的测量来提高姿态确定的精确度。然而，这种方案仅适用于反作用轮，并且不适用于惯性致动器为陀螺致动器的情况。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是通过提出一种解决方案来弥补现有技术提出的装置的缺点，具体地上文所描述的装置，所述解决方案允许配备有陀螺致动器的卫星具有用于确定姿态的装置，而无需任何速率陀螺仪，同时减少来自星体跟踪器的测量噪声对姿态确定的影响。
[0007]根据第一方面，本专利技术涉及一种用于确定卫星的姿态的装置，所述卫星具备姿态控制系统，所述姿态控制系统包括至少一个陀螺致动器，所述至少一个陀螺致动器包括被安装成能够绕旋转轴旋转的飞轮，所述飞轮由被铰接成绕旋转轴旋转的万向节承载，所述装置包括能够测量所述卫星的所述姿态的姿态传感器。所述装置进一步包括：
[0008]‑
位置传感器，所述位置传感器能够测量所述万向节绕其旋转轴的角位置，
[0009]‑
速度传感器，所述速度传感器能够测量所述飞轮的旋转速度，
[0010]‑
计算构件，所述计算构件被配置成通过使用以下来确定所述卫星的所述姿态：由所述位置传感器执行的对所述万向节的角位置的测量、由所述速度传感器执行的对所述飞轮的旋转速度的测量以及由所述姿态传感器执行的对所述卫星的所述姿态的测量。
[0011]由于角动量守恒原理，卫星的旋转速度、陀螺致动器的飞轮的旋转速度以及所述
陀螺致动器的万向节的角位置是相互关联的。因此，通过考虑飞轮的旋转速度和万向节的角位置，可以在确定姿态时提高准确度，并且可以任选地避免需要使用一个或多个速率陀螺仪。
[0012]在一些具体实施例中，用于确定姿态的装置可以进一步单独地或以任何技术上可能的组合包括以下特征中的一个或多个特征。
[0013]在一些具体实施例中，所述姿态传感器包括一个或多个星体跟踪器。
[0014]在一些具体实施例中，所述计算构件包括速率陀螺仪仿真模块，所述速率陀螺仪仿真模块被配置成通过使用以下来确定被称为角增量的量：由所述位置传感器执行的对所述万向节的角位置的测量和由所述速度传感器执行的对所述飞轮的旋转速度的测量，所述角增量代表由所述至少一个陀螺致动器引起的所述卫星的姿态变化，所述卫星的所述姿态是通过使用角增量和由所述姿态传感器执行的对所述卫星的所述姿态的测量来确定的。
[0015]在一些具体实施例中，所述计算构件包括估计滤波器，例如，卡尔曼滤波器(Kalman filter)，所述估计滤波器接收角增量和对所述卫星的所述姿态的测量作为输入，并输出对所述卫星的所述姿态的估计。
[0016]在一些具体实施例中，所述卫星是在包括机动阶段和图像捕获阶段的不同姿态控制阶段之间交替的观测卫星，所述计算构件被配置成应用加权系数以对姿态确定期间一方面来自所述姿态传感器的测量以及另一方面来自所述位置传感器和所述速度传感器的测量的相应贡献进行加权，所述加权系数取决于正在进行的所述姿态控制阶段并被确定以便：
[0017]‑
在机动阶段期间：相对于来自所述位置传感器和所述速度传感器的测量的贡献，增加来自所述姿态传感器的测量的贡献，
[0018]‑
在图像捕获阶段期间：相对于来自所述姿态传感器的测量的贡献，增加来自所述位置传感器和所述速度传感器的测量的贡献。
[0019]在一些具体实施例中，所述至少一个陀螺致动器的所述万向节被铰接成绕两个不同的轴旋转，并且所述位置传感器能够测量所述万向节绕所述两个旋转轴的相应角位置，所述计算构件被配置成通过使用由所述位置传感器执行的对所述万向节绕所述两个旋转轴的相应角位置的测量来确定所述卫星的所述姿态。
[0020]在一些具体实施例中，所述姿态控制系统包括若干陀螺致动器，每个陀螺致动器包括万向节、飞轮、位置传感器和速度传感器，所述计算构件被配置成通过使用以下来确定所述卫星的所述姿态：由所述位置传感器执行的对所述万向节的角位置的测量、由所述速度传感器执行的对所述飞轮的旋转速度的测量以及由所述姿态传感器执行的对所述卫星的所述姿态的测量。
[0021]根据第二方面，本专利技术涉及一种卫星，所述卫星包括姿态控制系统，所述姿态控制系统包括至少一个陀螺致动器，所述至少一个陀螺致动器包括被安装成能够绕旋转轴旋转的飞轮，所述飞轮由被铰接成绕旋转轴旋转的万向节承载。所述卫星包括根据本专利技术的实施例中的任一个实施例所述的用于确定姿态的装置。
[0022]在一些具体实施例中，所述卫星没有任何速率陀螺仪。
[0023]根据第三方面，本专利技术涉及一种用于确定卫星的姿态的方法，所述卫星具备姿态控制系统，所述姿态控制系统包括至少一个陀螺致动器，所述至少一个陀螺致动器包括被
安装成绕旋转轴旋转的飞轮，所述飞轮由被铰接成绕旋转轴旋转的万向节承载，所述卫星进一步包括能够测量所述卫星的所述姿态的姿态传感器。所述至少一个陀螺致动器先前具备位置传感器和速度传感器，所述位置传感器能够测量所述万向节绕其旋转轴的角位置，所述速度传感器能够测量所述飞轮绕其旋转轴的旋转速度，所述方法包括以下步骤：
[0024]‑
通过所述位置传感器测量所述万向节绕其旋转轴的角位置，
[0025]‑
通过所述速度传感器测量所述飞轮绕其旋转轴的旋转速度，
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通过所述姿态传感器测量所述卫星的所述姿态，
[0027]‑
通过使用以下来确定所述卫星的所述姿态：由所述位置传感器执行的对所述万向节的角位置的测量、由所述速度传感器执行的对所述飞轮的旋转速度的测量以及由所述姿态传感器执行的对所述卫星的所述姿态的测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定卫星(10)的姿态的装置(30)，所述卫星具备姿态控制系统，所述姿态控制系统包括至少一个陀螺致动器(20)，所述至少一个陀螺致动器包括被安装成能够绕旋转轴旋转的飞轮(21)，所述飞轮由被铰接成绕旋转轴旋转的万向节(22)承载，所述装置(30)包括能够测量所述卫星的所述姿态的姿态传感器(31)，其特征在于，所述装置(30)包括：
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位置传感器(32)，所述位置传感器能够测量所述万向节(22)绕其旋转轴的角位置，
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速度传感器(33)，所述速度传感器能够测量所述飞轮(21)的旋转速度，
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计算构件(34)，所述计算构件被配置成通过使用以下测量来确定所述卫星(10)的所述姿态：由所述位置传感器(32)执行的对所述万向节(22)的所述角位置的所述测量、由所述速度传感器(33)执行的对所述飞轮(21)的所述旋转速度的所述测量以及由所述姿态传感器(31)执行的对所述卫星(10)的所述姿态的所述测量。2.根据权利要求1所述的装置(30)，其特征在于，所述姿态传感器(31)包括一个或多个星体跟踪器。3.根据权利要求1到2中任一项所述的装置(30)，其特征在于，所述计算构件(34)包括速率陀螺仪仿真模块(340)，所述速率陀螺仪仿真模块被配置成通过使用以下测量来确定被称为角增量的量：由所述位置传感器(32)执行的对所述万向节(22)的所述角位置的所述测量和由所述速度传感器(33)执行的对所述飞轮(21)的所述旋转速度的所述测量，所述角增量代表由所述至少一个陀螺致动器(20)引起的所述卫星(10)的姿态变化，所述卫星(10)的所述姿态是通过使用所述角增量和由所述姿态传感器(31)执行的对所述卫星(10)的所述姿态的所述测量来确定的。4.根据权利要求3所述的装置(30)，其特征在于，所述计算构件(34)包括估计滤波器，所述估计滤波器接收所述角增量和对所述卫星(10)的所述姿态的所述测量作为输入，并输出对所述卫星(10)的所述姿态的估计。5.根据权利要求1到4中任一项所述的装置(30)，其特征在于，所述卫星(10)是在包括机动阶段和图像捕获阶段的不同姿态控制阶段之间交替的观测卫星，所述计算构件(34)被配置成应用加权系数以对姿态确定期间一方面来自所述姿态传感器(31)的测量以及另一方面来自所述位置传感器(32)和所述速度传感器(33)的测量的相应贡献进行加权，所述加权系数取决于正在进行的所述姿态控制阶段并被确定以便：
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在机动阶段期间：相对于来自所述位置传感器(32)和所述速度传感器(33)的测量的贡献，增加来自所述姿态传感器(31)的测量的贡献，
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在图像捕获阶段期间：相对于来自所述姿态传感器(31)的测量的贡献，增加来自所述位置传感器(32)和所述速度传感器(33)的测量的贡献。6.根据权利要求1到5中任一项所述的装置(30)，其特征在于，所述至少一个陀螺致动器的所述万向节(22)被铰接成绕两个不同的轴旋转，并且所述位置传感器(32)能够测量所述万向节(22)绕所述两个旋转轴的相应角位置，所述计算构件(34)被配置成通过使用由所述位置传感器(32)执行的对所述万向节(22)绕所述两个旋转轴的所述相应角位置的测量来确定所述卫星(10)的所述姿态。7.根据权利要求1到6中任一项所述的装置(30)，其特征在于，所述姿态控制系统包括若干陀螺致动器(20)，每个陀螺致动器包括万向节(22)、飞轮(21)、位置传感器(32)和速度
传感器(33)，所述计算构件(34)被配置成通过使用以下测量来确定所述卫星(10)的所述姿态：由所述位置传感器(32)执行的对所述万向节(22)的所述角位置的测量、由所述速度传感器(33)执行的对所述飞轮(21)的所述旋转速度的测量以及由所述姿态传感器(31)执行的对所述卫星(10)的所述姿态的测量。8.一种卫星(10)，其包括姿态控制系统，所述姿态控制系统包括至少一个陀螺致动器(20)，所述至少一个陀螺致动器包括被安装成能够绕旋转轴旋转的飞轮(21)，所述飞轮由被铰接成绕旋转轴旋转的万...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普，
申请(专利权)人：空客防务与空间有限公司，
类型：发明
国别省市：