大椭圆轨道卫星姿态基准坐标系与运动学研究.pdf

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1、第34卷2017年第2期上海AEROSPACE航灭SHANGHAI67文章编号：10061630(2017)020067—07大椭圆轨道卫星姿态基准坐标系与运动学研究张大伟1，程卫强2(1．上海卫星工程研究所，上海201109；2．上海航天技术研究院，上海201109)摘要：针对大椭圆轨道卫星在轨运行中特殊光照条件导致的能源供给、热控设计等工程研制难点，兼顾光照时间和遥感任务，提出将基于太阳矢量与地面物点矢量的日地观测坐标系作为卫星姿态控制的基准坐标系。研究了相应的卫星姿态运动学，针对日地观测坐标系的角

2、速度矢量在物理层面难以写出解析表达式的问题，提出一种解析计算方法，给出了算法流程，推导了日地观测坐标系相对惯性坐标系的角速度矢量在惯性坐标系中的计算公式。与数值差分法的仿真对比结果表明：该解析算法正确可行，其曲线特性和计算精度优于数值差分法。研究对卫星研制具有理论意义和应用价值。关键词：大椭圆轨道；闪电轨道；姿态基准坐标系；日地观测坐标系；惯性坐标系；姿态运动学；相对角速度；解析算法中图分类号：V412．41文献标志码：ADOI：10．19328／j．cnki．1006—1630．2017．02．006

3、StudyonAttitudeReferenceFrameandKinematicsforaHi曲lyEllipticalOrbitSatelliteZHANGDa—weil，CHENGWei—qian92(1．ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai201109，China；2．ShanghaiAcademyofSpaceflightTechnology，Shanghai201109，China)Abstract：Forthepurposeofr

4、esolvingthedifficultyengineeringproblems，suchasenergysupplyandthermalcontroldesign，causedforthespecialsun—lightconditionofahighlyellipticalorbitsatellite，aSHn～earthsensingframebasedonasunvectorandatargetpointonearthasanattitudereferenceframewasproposedwh

5、enboththesun—lightconditionandremotesensormissionwereinconsiderationinthispaper．Theattitudekinematicsofsatellitewasresearched．Ananalyticalalgorithmwasproposedforcalculatingtheanglevelocityvectorofthesunearthsensingframewhichwasdifficulttobeexpressedasana

6、nalyticalformwithphysicalmethod．Thealgorithmflowchartwasgiven．Theequationsofangularvelocityvectorofsun—earthsensingframerelativetoinertiaframewhichwereininertiaframewerederivedforsolvingattitudeangularvelocity．Theresultsofcomparisonsimulationbetweenthean

7、alyticalalgorithmandanumericaldifferentialcalculationshowedthattheanalyticalalgorithmwasvalidandfeasible，andhadthebettercharacteristicofanglevelocitycurveandcomputationalaccuracy．Theresearchhasthetheorysignificanceandtheapplicationvalueforsatellitedevelo

8、pment．Keywords：highlyellipticalorbit；Molniyaorbit；attitudereferenceframe；sun—earthsensingframe；inertiaframe；attitudekinematics；relativeanglevelocity；analyticalalgorithm0引言大椭圆轨道(HEO)是有较大偏心率的椭圆轨道，其近地点高度通常与低轨卫星相当，而远地点高度一般大于地球