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星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法

阅读：81发布：2023-03-08

专利汇可以提供星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法，包括以下步骤：步骤一、实测载荷运动机构、力矩补偿轮转动惯量、卫星转动惯量；建立载荷运动机构运动干扰力矩数学模型；步骤二、按照卫星正常测试状态连接载荷运动机构、力矩补偿轮供电及通讯电缆；步骤三、将载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口通过电缆与高速高精度采集设备相连接；步骤四、将仿真机接收到的载荷运动机构的转角数据和补偿轮的转速数据进行差分处理。本发明在卫星厂房常规测试过程中，实现卫星上干扰力矩补偿的动态特性测试，验证补偿系统设计的正确性，测试力矩补偿精度，满足指标要求，准确率可以保证在95％以上。，下面是星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、实测载荷运动机构、力矩补偿轮转动惯量、卫星转动惯量J机构、J补偿轮、J卫星；建立载荷运动机构运动干扰力矩数学模型，如下式：
T机构＝J机构·α机构
其中，α机构为机构运动的角加速度，根据载荷运动机构运动数据获得；
建立力矩补偿轮干扰力矩数学模型，如下式：
T补偿轮＝J补偿轮·α补偿轮
其中，α补偿轮为力矩补偿轮的角加速度，根据补偿轮转动数据获得；
建立卫星姿态动力学模型，如下式：
∫T机构dt-∫T补偿轮dt＝J卫星·ω卫星
t为工作时间，ω卫星为卫星的角速度，即姿态稳定度；
建立残余干扰力矩数学模型，如下式：
T残余＝T机构-T补偿轮
将上述数学模型加载至仿真机；
步骤二、按照卫星正常测试状态连接载荷运动机构、力矩补偿轮供电及通讯电缆，使其能够正常工作；设置载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口，分别同步实时传输当前载荷运动机构的转角数据和补偿轮的转速数据，数据更新频率100Hz；
步骤三、将载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口通过电缆与高速高精度采集设备相连接；使用高速高精度采集设备将载荷运动机构的转角数据及补偿轮的转速数据转换成统一数字量格式，并通过网络UDP协议发送给仿真机；高速高精度采集设备采集时间同步精度优于1ms，载荷运动机构转角数据采集精度优于3〞，补偿轮转速数据采集精度优于
1rpm；
步骤四、将仿真机接收到的载荷运动机构的转角数据和补偿轮的转速数据进行差分处理，可得到机构运动的角加速度α机构、力矩补偿轮的角加速度α补偿轮，该数据送入仿真模型中即可得到卫星的姿态稳定度ω卫星、残余干扰力矩T残余，用于补偿后的残余干扰力矩及卫星姿态稳定度评价,并通过实时显示软件进行显示。
2.根据权利要求1所述的星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法，其特征在于，所述步骤二采用RS422串行接口。
3.根据权利要求1所述的星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法，其特征在于，所述步骤四将载荷运动机构、力矩补偿轮实物与动力学数学仿真模型相结合，形成半物理的测试系统，实时计算补偿后的残余干扰力矩及卫星姿态稳定度，测试卫星动态特性，验证力矩补偿精度。
4.根据权利要求1所述的星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法，其特征在于，所述采用高速高精度采集设备，将载荷运动机构、力矩补偿轮地面测试接口中的运动信息实时采集。
5.根据权利要求1所述的星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法，其特征在于，所述载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口输出其运动信息，该运动信息需与真实运动同步，表征真实物理动态特性。

说明书全文

星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星空间遥感领域，具体地，涉及一种星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法。

背景技术

[0002] 高精度遥感卫星成像对卫星姿态稳定度指标的要求越来越高,由于载荷运动机构产生的干扰力矩会严重影响卫星的姿态稳定度和指向精度，从而也会影响到卫星的成像质量。为此，要采取力矩补偿轮补偿载荷运动机构的产生的扰动，以减小对卫星姿态的干扰。即在载荷运动机构工作时，补偿轮产生一个与载荷运动产生的干扰力矩大小相等、方向相反的控制力矩，补偿(抵消)机构运动的干扰力矩。卫星采用这种补偿系统，需要满足两方面的要求：一、力矩补偿轮的补偿力矩在大小、方向上需与机构运动匹配，精度满足要求；二、补偿轮运动需与机构运动具有严格的同步性。为了验证星上补偿系统设计的正确性及补偿指标的符合性，需在卫星发射前进行地面测试。由于厂房测试过程中卫星始终处于地面静置约束状态，与在轨的自由运动状态差别较大，无法通过卫星真实姿态运动变化判断补偿系统的补偿效果。针对这种情况，卫星研制过程中往往采用单轴或三轴气浮台试专项试验进行测试，但进行气浮台试验成本较高、周期较长、试验难度大，且存在卫星产品吊装磕碰等风险，因此采用一种与常规测试结合的星上干扰力矩补偿动态特性测试方法，显得至关重要。

发明内容

[0003] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法，其在卫星厂房常规测试过程中，实现卫星上干扰力矩补偿的动态特性测试，验证补偿系统设计的正确性，测试力矩补偿精度，满足指标要求，准确率可以保证在95％以上。

[0004] 根据本发明的一个方面，提供一种星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0005] 步骤一、实测载荷运动机构、力矩补偿轮转动惯量、卫星转动惯量J机构、J补偿轮、J卫星；建立载荷运动机构运动干扰力矩数学模型，如下式：

[0006] T机构＝J机构·α机构

[0007] 其中，α机构为机构运动的角加速度，根据载荷运动机构运动数据获得；

[0008] 建立力矩补偿轮干扰力矩数学模型，如下式：

[0009] T补偿轮＝J补偿轮·α补偿轮

[0010] 其中，α补偿轮为力矩补偿轮的角加速度，根据补偿轮转动数据获得；

[0011] 建立卫星姿态动力学模型，如下式：

[0012] ∫T机构dt-∫T补偿轮dt＝J卫星·ω卫星

[0013] t为工作时间，ω卫星为卫星的角速度，即姿态稳定度；

[0014] 建立残余干扰力矩数学模型，如下式：

[0015] T残余＝T机构-T补偿轮

[0016] 将上述数学模型加载至仿真机；

[0017] 步骤二、按照卫星正常测试状态连接载荷运动机构、力矩补偿轮供电及通讯电缆，使其能够正常工作；设置载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口，分别同步实时传输当前载荷运动机构的转角数据和补偿轮的转速数据，数据更新频率100Hz；

[0018] 步骤三、将载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口通过电缆与高速高精度采集设备相连接；使用高速高精度采集设备将载荷运动机构的转角数据及补偿轮的转速数据转换成统一数字量格式，并通过网络UDP协议发送给仿真机；高速高精度采集设备采集时间同步精度优于1ms，载荷运动机构转角数据采集精度优于3〞，补偿轮转速数据采集精度优于1rpm；

[0019] 步骤四、将仿真机接收到的载荷运动机构的转角数据和补偿轮的转速数据进行差分处理，可得到机构运动的角加速度α机构、力矩补偿轮的角加速度α补偿轮，该数据送入仿真模型中即可得到卫星的姿态稳定度ω卫星、残余干扰力矩T残余，用于补偿后的残余干扰力矩及卫星姿态稳定度评价,并通过实时显示软件进行显示。

[0020] 优选地，所述步骤二采用RS422串行接口。

[0021] 优选地，所述步骤四将载荷运动机构、力矩补偿轮实物与动力学数学仿真模型相结合，形成半物理的测试系统，实时计算补偿后的残余干扰力矩及卫星姿态稳定度，测试卫星动态特性，验证力矩补偿精度。

[0022] 优选地，所述采用高速高精度采集设备，将载荷运动机构、力矩补偿轮地面测试接口中的运动信息实时采集。

[0023] 优选地，所述载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口输出其运动信息，该运动信息需与真实运动同步，表征真实物理动态特性。

[0024] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明将载荷运动机构运动、力矩补偿轮运动等真实物理运动转化成数学模型，结合卫星姿态动力学，在卫星厂房常规测试过程中，验证补偿系统设计的正确性，测试力矩补偿精度，满足指标要求，准确率可以保证在95％以上。附图说明

[0025] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0026] 图1为本发明星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法的原理图。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0028] 如图1所示，本发明星上干扰力矩补偿的高精度半物理测试方法包括以下步骤：

[0029] 步骤一、实测载荷运动机构、力矩补偿轮转动惯量、卫星转动惯量J机构、J补偿轮、J卫星；建立载荷运动机构运动干扰力矩数学模型，如下式(1)：

[0030] T机构＝J机构·α机构……(1)

[0031] 其中，α机构为机构运动的角加速度，根据载荷运动机构运动数据获得；

[0032] 建立力矩补偿轮干扰力矩数学模型，如下式(2)：

[0033] T补偿轮＝J补偿轮·α补偿轮……(2)

[0034] 其中，α补偿轮为力矩补偿轮的角加速度，根据补偿轮转动数据获得；

[0035] 建立卫星姿态动力学模型，如下式(3)：

[0036] ∫T机构dt-∫T补偿轮dt＝J卫星·ω卫星……(3)

[0037] t为工作时间，ω卫星为卫星的角速度，即姿态稳定度；

[0038] 建立残余干扰力矩数学模型，如下式(4)：

[0039] T残余＝T机构-T补偿轮……(4)

[0040] 将上述数学模型加载至仿真机。

[0041] 步骤二、按照卫星正常测试状态连接载荷运动机构、力矩补偿轮供电及通讯电缆，使其能够正常工作；设置载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口，可采用RS422串行接口，分别同步实时传输当前载荷运动机构的转角数据和补偿轮的转速数据，数据更新频率100Hz。所述载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口输出其运动信息(载荷运动机构输出转角信息，力矩补偿轮输出转速信息)，该运动信息需与真实运动同步，表征真实物理动态特性。

[0042] 步骤三、将载荷运动机构接口、力矩补偿轮地面测试接口通过电缆与高速高精度采集设备相连接；使用高速高精度采集设备将载荷运动机构的转角数据及补偿轮的转速数据转换成统一数字量格式，并通过网络UDP协议发送给仿真机；高速高精度采集设备采集时间同步精度优于1ms，载荷运动机构转角数据采集精度优于3〞，补偿轮转速数据采集精度优于1rpm；

[0043] 步骤四、将仿真机接收到的载荷运动机构的转角数据和补偿轮的转速数据进行差分处理，可得到机构运动的角加速度α机构、力矩补偿轮的角加速度α补偿轮，该数据送入仿真模型中即可得到卫星的姿态稳定度ω卫星、残余干扰力矩T残余，用于补偿后的残余干扰力矩及卫星姿态稳定度评价,并通过实时显示软件进行显示。步骤四将载荷运动机构、力矩补偿轮实物与动力学数学仿真模型相结合，形成半物理的测试系统，实时计算补偿后的残余干扰力矩及卫星姿态稳定度，测试卫星动态特性，验证力矩补偿精度。

[0044] 以本发明专利的方法进行测试得出的卫星的姿态稳定度及残余干扰力矩，与卫星在轨实测数据进行比对，如下表1所示，表中数据显示该方法测试的误差不超过5％，验证了本方法的准确性。

[0045] 表1

[0046]项目厂房测试结果在轨实测结果误差率
卫星姿态稳定度 1.2×10-4°/s 1.15×10-4°/s 4.17％
残余干扰力矩 0.0049Nm 0.0051Nm 4.08％

[0047] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

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