一种在轨卫星质量特性计算方法

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1、V01．22No．6航天器工程第22卷第6期!!量!垒篁兰墅垦垒!三兰堡墅!些兰兰些!墼篁!!!!堑!!旦一种在轨卫星质量特性计算方法张洪波武(北京空间向军刘天雄丛飞周耀华飞行器总体设计部，北京100094)摘要提出一种基于交互式迭代和批量最小二乘法的在轨质量特性计算方法，仅使用陀螺作为敏感器，动力学模型适用于零动量和偏置动量两种控制模式，考虑了卫星与飞轮动量交换以及参数之间耦合关系，且能够适用于在轨不进行连续大角度姿态机动的卫星。计算结果表明，此方法具有快速、稳定的收敛特性和较高的计算精度。关键词在轨卫星；质量特性；交互迭代；批量最小二

2、乘法中图分类号：412．4文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．06．006AMethodofMassPropertyCalculationforOn—orbitSatellitesZHANGHongboWUXian翻unLIUTianxiongCONGFeiZHOUYaohua(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Thispaperbringsforwardthemethodbas

3、edoninteractiveiterationandbatch1eastsquare，inwhichonIygyroisusedwithoutanyothersensor．ThemodeIofthemethodadaptstobothzero—momentumsystemandbias—momentumsystem，consideringmomentumexchangebe—tweenthesatelliteandthemomentumwheelsaswellasthecouplingamongtheparameters．Themeth

4、odisalsoeffectiveforthehighorbitsateUiteswhichdonotmaneuverwith1argeattitudean—91e．Theresultsrealizethatthismethodconvergesrapidly，stablyandaccurately．Keywords：on—orbitsatellite；massproperty；interactiveiteration；batch1eastsquare1引言卫星需要通过高精度轨道和姿态控制，来实现星体及有效载荷的高精度指向，以完成复杂的空

5、问任务。为了实现卫星姿态高精度控制，需要已知星体准确的质量特性参数(包括质心、转动惯量和惯性积)。在国内外实际航天工程应用中，卫星质量特性参数多源于地面测量，但地面质量特性测量虽耗费大量人力、财力和研制周期，却无法实现高精度、全生命周期和状态的测量[1]，这是由于：第一，重力和测试装置本身的影响无法完全消除；第二，太阳翼、收稿日期：2013一07一01；修回日基金项目：国家重大航天工程作者简介：张洪波(1984一)，男期：2013一08—28天线等部件展开状态质量特性无法测量；第三，卫星惯性积量级较小，与一些系统测量误差量级相当，导致惯性

6、积测量结果不可用。为此，可借助星上敏感器和执行机构计算卫星在轨质量特性，这样不仅可以实时反映质量特性在轨变化情况，控制系统可自动适应变化来实现卫星高效、高精度的姿态控制，而且计算分析结果对于卫星总体构型布局优化、卫星表面展开部件设计优化、地面测量系统误差修正也具有指导意义。截至目前，国外已有一些学者开展了卫星在轨质量特性计算方法研究。Bergmann等人提出了一种基于高斯二阶滤波的计算方法口。3]，此算法逻辑复工程师，从事导航卫星总体研究工作。Email：zhanghb03@126．com。第6期张洪波等：一种在轨卫星质量特性计算方法杂、

7、计算量大，并对动力学模型进行了简化，只适用于卫星转动角速度足够小的情况；Wilson和Rock等人提出了一种基于指数加权递归的最小二乘法[4。5]，此算法需要卫星配置线加速度计，且计算过程中通过动力学方程的线性近似，人为割裂了质量、惯量和质心的内部耦合关系，虽然采用“递归”方法可以逐步减小或忽略耦合引起的误差，但在卫星角速度较大的情况下误差也较大；Tanygin和wil—1iams等人提出了一种使用最小二乘法在自旋卫星执行在轨机动时辨识其质量特性的方法卟]，不适用于三轴稳定卫星；Kim等人提出利用递归最小二乘法辨识三轴航天器的惯量和质心位

8、置口_8]，存在与Wilson等人算法类似的问题。国内在该方面的研究还不多[9]，王书廷等人提出了一种基于递归最小二乘法的卫星惯量和质心位置计算方法[1⋯，思路和问题与文献[5]类似；徐文福等