基于变结构控制减小扫描镜运动对卫星姿态的影响分析.pdf

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1、上海航天第29卷2012年第6期AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2012)060007—04基于变结构控制减小扫描镜运动对卫星姿态的影响分析钱勇，满顺强(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：基于解耦变结构控制对静止轨道气象卫星扫描镜运动对卫星姿态的影响进行了研究，根据星上有效载荷的扫描镜与星体耦合特性，设计了一种解耦变结构控制律，控制律直接对4个四元数设计滑动模态方程以避免奇异问题。数学仿真结果表明：该变结构控制率能减小扫描镜运动对卫星姿态的影响，提高卫星平台的稳定度

2、，进而提高有效载荷的成像质量。关键词：扫描镜；四元数；变结构控制；成像仪；垂直探测仪中图分类号：V448．2文献标志码：AInfluenceAnalysisofSpacecraft’SAttitudeBasedonVariable-StructureControltoDecreaseMotionofScanningCameraQIANYong，MANShun—qiang(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract

3、：Theinfluenceofthemotionofscanningcameraonthespacecraft’Sattitudewasstudiedbasedonvariablestructurecontrolinthispaper．Accordingtothecouplingcharacterbetweenthecameraandsatellite，adeeouplingvariablestructurecontrollawwasdesigned，whichdirectlytreatedthefourq

4、uaternionslidingsurfacestoavoidcalculatingsingularity．Thesimulationresultsshowedthatthisvariablestructurecontrollawcouldminimizetheinfluenceofspacecraft’Sattitude，andimprovetheplatformstabilityofthesatelliteandimagequality．Keywords：Scanningcamera；Quaternio

5、n；Variablestructurecontrol；Imager；Sounder0引言中扫描镜角动量和动量矩在卫星3个通道中有分量，从而引起卫星姿态的变化。该变化降低了卫星三轴稳定静止轨道气象卫星在地球大气监测、获取云图和探测大气垂直温度等领域获得了越来越的姿态指向精度和稳定度，卫星姿态精度和稳定度广泛的应用_1]。三轴稳定静止气象卫星具有实时、的降低将引起扫描镜光轴的指向误差，从而影响图连续监测气象现象的能力，可提供中短期的天气预像的成像质量。最终，扫描镜在区域扫描成像时所报，为经济建设服务。星上基本有

6、效载荷为成像仪得图像为蝙蝠翅膀形_】]。为此，需对扫描镜运动进和垂直探测仪，两者同时或独立工作，均可进行灵活行控制与补偿。控制的地球区域和全圆盘扫描。为保持有效载荷的对扫描镜光轴的扰动进行控制与补偿时，可将扫描精度，成像仪和垂直探测仪的扫描镜对姿态控误差的控制信号分为低频和高频两部分。低频部分制系统精度的要求非常高瞳]。由于星上成像仪和垂(小于0．1Hz)通过反作用飞轮控制保持卫星的指直探测仪与卫星平台存在耦合，在扫描云图的过程向；高频部分(0．1～5．0Hz)通过扫描镜伺服驱动机构补偿实现，此即卫星运动补

7、偿(SMC)，可在星上实时进行l2]。卫星运动补偿综合卫星姿态与扫收稿日期：2010—11—18；修回日期：2011—01-04作者简介：钱勇(1967一)，男，博士，主要研究方向为制导、导描镜扫描同步信息，由补偿算法补偿高频部分的航与控制技术。干扰对扫描镜光轴指向的影响。卫星运动补偿导上海航天AEROSPACESHANGHA1第29卷2012年第6期致姿控系统复杂化，降低了系统的可靠性。有效-载荷的成像质量取决于卫星平台的稳定度和扫描镜光轴指向目标的能力[3]。因此，应首先通过改善卫星平台的稳定度提高扫描

8、镜光轴指向的稳定成像点性。因扫描镜运动特性为确定的，其产生的干扰也是确定的，文献[4、5]用姿态前馈复合控制方法7舀＼＼x／向减小扫描镜运动对卫星平台稳定度的影响，但增大了系统的复杂性。扫描镜运动引起卫星姿态变化的实质是扫描镜图1扫描镜扫描角与步进角关系运动与星体的耦合使系统参数不断变化，导致系统Fig．1Relationshipbetweenelevationand模型具不确定性。当采用经典比例积分微分(PID