[发明专利]一种基于信息融合的控制系统工作模式设置及切换方法

摘要

一种基于信息融合的控制系统工作模式设置及切换方法，将现有的按功能和敏感器使用情况来设计控制系统工作模式和方式转变为按功能确定控制系统的工作模式和方式，其中工作模式设置为：太阳捕获及巡航模式、地球捕获及指向模式、远地点模式、位置保持模式、正常模式（含正常工作、反作用轮卸载、南北位保、东西位保四种工作方式），模式之间可以通过星上自主切换或通过地面遥控切换，本方法优化了模式设计和切换条件，不仅减少了控制模式的数量，简化了模式间的转换关系，减轻了地面测控的复杂程度，降低了软件代码使用量，而且提升了控制系统的性能。

主权项

一种基于信息融合的控制系统工作模式设置及切换方法，其特征在于：将卫星控制系统设置为五种工作模式，分别是太阳捕获及巡航模式、地球捕获及指向模式、远地点模式、位置保持模式、正常模式，其中太阳捕获及巡航模式包括太阳捕获工作方式、巡航工作方式，地球捕获及指向模式包括地球捕获工作方式、地球指向工作方式，正常模式包括正常工作方式、动量轮卸载工作方式、南北位保工作方式、东西位保工作方式，五种工作模式下卫星控制系统的控制方法及各模式之间的切换方法如下：（1）太阳捕获及巡航模式当星箭分离时，卫星控制系统将启用太阳捕获及巡航模式，在该模式下，首先进入太阳捕获工作方式，使用太阳敏感器、陀螺和星敏感器进行信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器控制建立卫星搜索太阳的角速度，当太阳可见时自主置搜索速度为0，用信息融合输出的滚动姿态与俯仰姿态控制卫星姿态，最终建立卫星本体的‑Z轴对日定向的巡航姿态，进入巡航工作方式后，为节省推进剂，姿态控制以反作用轮为主；该模式可与地球捕获及指向模式之间进行正常切换；（2）地球捕获及指向模式在该模式下，首先进入地球捕获工作方式，使用地球敏感器、陀螺、太阳敏感器和星敏感器，进行信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器控制建立地球搜索角速度，当地球可见时自主置搜索速度为0，用信息融合输出的滚动姿态与俯仰姿态控制卫星姿态，卫星最终自主转向地球指向方式；进入地球指向方式后，使用地球敏感器、陀螺、太阳敏感器和星敏感器信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器控制建立用户需要的星体Z轴对地定向的三轴稳定姿态或转移轨道变轨需要的远地点或近地点490N发动机点火姿态；该模式可与转移轨道的太阳捕获及巡航模式、远地点变轨模式正常切换，并可正常转入同步轨道的正常模式；（3）远地点变轨模式在该模式下，使用太阳敏感器、陀螺和星敏感器，进行信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器实现转移轨道的变轨发动机在远地点或近地点点火期间的三轴稳定姿态控制；远地点变轨模式490N发动机正常点火结束关闭发动机后，可正常转入太阳捕获及巡航模式，490N发动机点火时如果出现故障，星上将自主紧急关机、转入太阳捕获及巡航模式，建立卫星本体的‑Z轴对日定向的巡航姿态；该模式可与地球捕获及指向模式正常切换；（4）位置保持模式在该模式下，使用地球敏感器、陀螺、太阳敏感器和星敏感器，进行信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器实现定点位置捕获和位置保持控制期间的三轴稳定姿态控制，还可用于天线方向图测试、卫星改变定点位置与寿命末期卫星离轨控制；该模式可与正常模式进行正常切换，故障时自主转入地球捕获及指向模式；（5）正常模式在该模式下，使用地球敏感器、陀螺、太阳敏感器和星敏感器，进行信息融合确定卫星三轴姿态，平时运行在正常工作方式，用动量轮进行三轴姿态控制，消除太阳光压干扰力矩对卫星姿态的影响，实现同步轨道用户有效载荷需要的星体Z轴对地定向的三轴稳定姿态；当动量轮为消除太阳光压干扰力矩影响使自身转速达到卸载阈值时，将自主转入动量轮卸载工作方式，用推力器卸载脉冲使反作用轮转速回归设定范围；在三轴轮控正常且三轴姿态可测条件下，可直接在该模式进行南北位保或者东西位保，由此进入南北位保工作方式或者东西位保工作方式；该模式可与位置保持模式正常切换，故障时自主转入地球捕获及指向模式。