卫星质心变化连续跟踪方法及系统与流程

本发明涉及卫星质心变化的动态跟踪领域，特别是涉及一种卫星质心变化连续跟踪方法及系统。

背景技术：

1、卫星在轨运行中由于受到不同的任务控制，或者因为太阳光压、大气阻力等作用力的影响而需要对轨道和姿态进行调整。现阶段进行轨道和姿态机动的主要方式是高压冷气推进。而冷气的消耗会导致卫星的质心发生整体偏移。卫星质心的较大偏移量还可能对姿态控制系统产生较大的干扰力矩，从而影响卫星上搭载的高精度测量载荷的工作性能；更为严重的，一旦干扰力矩超过卫星的控制能力，将导致卫星失稳甚至发生解体危险。因此对某些需要维持高精度(微米量级)质心变化的卫星任务，实施高精度质心变化跟踪并基于跟踪结果进行质心精确调整是系统运控的重要任务之一。例如美国和德国联合研制的地球重力场变化观测卫星(grace)需要将质心变化控制在100微米以内。

2、目前对卫星质心进行标定的主要方法是通过磁力矩器或者喷气推进对卫星施加一个明显大于干扰力矩的周期性激励力矩，随后利用陀螺仪或者加速度计对卫星的角加速度进行测量和检测，最后根据测量结果对卫星的质心进行估计。利用卫星自旋晃动和静电加速度计实现卫星质心在轨标定的主要困难是工程上自旋控制难度较大；利用磁力矩器的激励力矩并结合经典卡尔曼滤波实现质心标定容易受到观测值中有色噪声的影响；利用静电悬浮加速度计和陀螺仪数据作为检测传感器，并采用磁力矩器作为执行机构虽然可以实现质心变化的在轨标定，但是无法实现连续跟踪监测。考虑到卫星的质心变化主要是由于气瓶喷气的质量变化引起，因此对气瓶剩余质量变化进行监测可以实现质心变化的动态监视。

3、利用卫星气瓶的气温和气压传感器，结合气体的状态方程可以实时估计气体的剩余质量；由于星载计算机可以毫秒级精度记录下每个喷气推力器的工作时长，因此基于推力器的喷气时长对气瓶剩余质量进行滤波估计可以进一步提升气瓶剩余质量的准确度，从而提升质心变化估计精度。但目前并未有成熟的实现方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种卫星质心变化连续跟踪方法及系统，可提高质心变化动态监测精度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种卫星质心变化连续跟踪方法，包括：

4、获取冷气气瓶的气温和气压数据；

5、根据所述气温和所述气压数据确定气瓶的剩余质量；

6、根据所述剩余质量和推力器喷气时长的质心变化构建观测方程；

7、根据所述观测方程进行卡尔曼滤波，得到状态估计值。

8、可选地，所述根据所述气温和所述气压数据确定气瓶的剩余质量，具体包括：

9、根据所述气温和所述气压数据利用气体的状态方程确定气体体积和气体密度；

10、根据所述气体体积、所述气体密度、推力器的喷气时长和喷气质量速率确定气瓶的剩余质量。

11、可选地，所述根据所述剩余质量和推力器喷气时长的质心变化构建观测方程，具体包括：

12、将每个气瓶的所述剩余质量以及气瓶质量的变化力矩作为观测值，将各个推力器的喷气质量速率作为待估计参数，构建观测方程。

13、本发明还提供一种卫星质心变化连续跟踪系统，包括：

14、获取模块，用于获取冷气气瓶的气温和气压数据；

15、剩余质量确定模块，用于根据所述气温和所述气压数据确定气瓶的剩余质量；

16、构建模块，用于根据所述剩余质量和推力器喷气时长的质心变化构建观测方程；

17、状态估计值确定模块，用于根据所述观测方程进行卡尔曼滤波，得到状态估计值。

18、可选地，所述剩余质量确定模块，具体包括：

19、气体体积和气体密度确定单元，用于根据所述气温和所述气压数据利用气体的状态方程确定气体体积和气体密度；

20、剩余质量确定单元，用于根据所述气体体积、所述气体密度、推力器的喷气时长和喷气质量速率确定气瓶的剩余质量。

21、可选地，所述构建模块，具体包括：

22、构建单元，用于将每个气瓶的所述剩余质量以及气瓶质量的变化力矩作为观测值，将各个推力器的喷气质量速率作为待估计参数，构建观测方程。

23、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

24、本发明获取冷气气瓶的气温和气压数据；根据所述气温和所述气压数据确定气瓶的剩余质量；根据所述剩余质量和推力器喷气时长的质心变化构建观测方程；根据所述观测方程进行卡尔曼滤波，得到状态估计值。本发明能提高质心变化动态监测精度。

技术特征：

1.一种卫星质心变化连续跟踪方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的卫星质心变化连续跟踪方法，其特征在于，所述根据所述气温和所述气压数据确定气瓶的剩余质量，具体包括：

3.根据权利要求1所述的卫星质心变化连续跟踪方法，其特征在于，所述根据所述剩余质量和推力器喷气时长的质心变化构建观测方程，具体包括：

4.一种卫星质心变化连续跟踪系统，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的卫星质心变化连续跟踪系统，其特征在于，所述剩余质量确定模块，具体包括：

6.根据权利要求4所述的卫星质心变化连续跟踪系统，其特征在于，所述构建模块，具体包括：

技术总结
本发明公开一种卫星质心变化连续跟踪方法及系统，涉及卫星质心变化的动态跟踪领域，方法包括获取冷气气瓶的气温和气压数据；根据所述气温和所述气压数据确定气瓶的剩余质量；根据所述剩余质量和推力器喷气时长的质心变化构建观测方程；根据所述观测方程进行卡尔曼滤波，得到状态估计值。本发明可提高质心变化动态监测精度。

技术研发人员：黄令勇,李桢,李世忠,郑团结,黄志勇,鲁潇南,潘星辰,柳丽,李静静,周俊明
受保护的技术使用者：中国人民解放军61618部队
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13