航天运载器返回最优调姿指令的生成方法、设备及介质与流程

本发明属于航天运载器控制，尤其涉及航天运载器返回最优调姿指令的生成方法、设备及介质。

背景技术：

1、调姿是保障航天运载器或运载火箭达到飞行目标的关键动作。飞行过程中，需通过调整姿态来实现对飞行轨迹的跟踪并满足飞行过程中的空间指向要求。为此，飞行过程中需要预先装订或者在线生成调姿指令，姿态控制系统跟踪该指令实现飞行过程中的姿态调整。通常的在线调姿指令生成方式是根据航天运载器当前的姿态和期望调整到的目标姿态，假设调姿开始时刻姿态角速度为零，采用直接阶跃、斜线过渡、抛物线过渡等方式生成调姿指令。上述方式都建立在调姿初始角速度为零的前提下，需要在调姿前专门设计消旋阶段，在将航天运载器的角速度控制到零后，再将航天运载器姿态向目标姿态调整。以上过程往往不能充分利用航天运载器的初始姿态角速度，且存在调姿指令未能与调姿执行机构控制能力匹配、未充分利用调姿时间减少调姿推进剂消耗量等问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种航天运载器返回最优调姿指令的生成方法、设备及介质，以解决现有技术不能充分利用航天运载器的初始姿态角速度及未充分利用调姿时间减少调姿推进剂消耗量的缺陷问题。

2、本发明第一方面提供一种航天运载器返回最优调姿指令的生成方法，包括：

3、根据航天运载器调姿执行机构的控制力矩及调姿段对应的航天运载器转动惯量确定调姿角加速度大小，同时根据调姿初始时刻的姿态角通过仿真平台统计出初始姿态角速度的包络值和最大调姿角度；

4、根据所述调姿角加速度大小、所述初始姿态角速度的包络值和所述最大调姿角度的相关约束条件确定出调姿时间长度；

5、根据所述初始姿态角速度、所述调姿角加速度大小和所述调姿时间长度确定所述航天运载器的调姿方式为第一调姿方式或第二调姿方式，以完成航天运载器返回最优调姿指令的生成。

6、在一些实施例中，所述根据所述初始姿态角速度、所述调姿角加速度大小和所述调姿时间长度确定所述航天运载器的调姿方式为第一调姿方式或第二调姿方式，包括：

7、若时，则确定所述航天运载器的调姿方式为第一调姿方式；或，

8、若时，则确定所述航天运载器的调姿方式为第二调姿方式；

9、其中，为所述调姿角加速度大小，为所述调姿时间长度，为调姿角度，为所述初始姿态角速度，为符号函数，为取模值。

10、在一些实施例中，所述第一调姿方式为加速-均速-减速的调姿方式，对应的调姿过程指令变化值的计算公式如下：

11、；

12、；

13、；

14、其中，为所述调姿过程指令变化值，表示以调姿开始时刻为零点的调姿时间，0~为加速时间段，~为匀速时间段，~为减速时间段，为所述调姿角加速度大小，为所述调姿时间长度，为调姿角度，为所述初始姿态角速度，为符号函数，为取模值。

15、在一些实施例中，所述第二调姿方式为减速-匀速-减速的调姿方式，对应的调姿过程指令变化值的计算公式如下：

16、；

17、；

18、；

19、其中，为所述调姿过程指令变化值，表示以调姿开始时刻为零点的调姿时间，0~为第一减速时间段，~为匀速时间段，~为第二减速时间段，为所述调姿角加速度大小，为所述调姿时间长度，为调姿角度，为所述初始姿态角速度，为符号函数，为取模值。

20、在一些实施例中，根据所述调姿角加速度大小、所述初始姿态角速度的包络值和所述最大调姿角度的相关约束条件确定出调姿时间长度，包括：

21、设定所述调姿角加速度大小、所述初始姿态角速度的包络值和所述最大调姿角度之间同时满足如下条件：

22、；

23、；

24、其中，为所述调姿角加速度大小，为所述调姿时间长度，为所述初始姿态角速度的包络值，为所述最大调姿角度，为符号函数，为取模值。

25、在一些实施例中，所述航天运载器返回最优调姿指令的生成包括：

26、将所述调姿初始时刻的姿态角作为调姿初始时刻的姿态指令，并根据调姿目标角度进行最短路径调姿处理得到最短路径调姿目标角作为调姿结束时刻的姿态指令；

27、根据所述调姿初始时刻的姿态指令和所述调姿结束时刻的姿态指令得到所述调姿角度，其公式表达如下：；

28、根据所述调姿角度、所述调姿初始时刻的姿态指令和所述调姿过程指令变化值生成调姿时间内的调姿指令，其公式表达如下：。

29、在一些实施例中，所述将所述调姿初始时刻的姿态角作为调姿初始时刻的姿态指令，并根据调姿目标角度进行最短路径调姿处理得到最短路径调姿目标角作为调姿结束时刻的姿态指令，包括：

30、根据所述调姿初始时刻的姿态角和所述调姿目标角度进行最短路径调姿处理得到最短路径调姿目标角，其公式表达如下：

31、；；其中，为向下取整函数；为整周补偿的整数；

32、根据所述最短路径调资目标角按照如下公式得到所述调姿结束时刻的姿态指令：

33、。

34、本发明第二方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述实施例所述方法的步骤。

35、本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例所述方法的步骤。

36、本发明第四方面提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例所述方法的步骤。

37、本发明提供了一种航天运载器返回最优调姿指令的生成方法、设备及介质，该方法包括：根据航天运载器调姿执行机构的控制力矩及调姿段对应的航天运载器转动惯量确定调姿角加速度大小，同时根据调姿初始时刻的姿态角通过仿真平台统计出初始姿态角速度的包络值和最大调姿角度；根据所述调姿角加速度大小、所述初始姿态角速度的包络值和所述最大调姿角度的相关约束条件确定出调姿时间长度；根据所述初始姿态角速度、所述调姿角加速度大小和所述调姿时间长度确定所述航天运载器的调姿方式为第一调姿方式或第二调姿方式，以完成航天运载器返回最优调姿指令的生成。本发明能够充分利用初始角速度和匀速转动达到调姿目标，并减少加速/减速的时间，从而达到节省调姿推进剂消耗的目标。

1.一种航天运载器返回最优调姿指令的生成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始姿态角速度、所述调姿角加速度大小和所述调姿时间长度确定所述航天运载器的调姿方式为第一调姿方式或第二调姿方式，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一调姿方式为加速-均速-减速的调姿方式，对应的调姿过程指令变化值的计算公式如下：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二调姿方式为减速-匀速-减速的调姿方式，对应的调姿过程指令变化值的计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述调姿角加速度大小、所述初始姿态角速度的包络值和所述最大调姿角度的相关约束条件确定出调姿时间长度，包括：

6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述航天运载器返回最优调姿指令的生成包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述调姿初始时刻的姿态角作为调姿初始时刻的姿态指令，并根据调姿目标角度进行最短路径调姿处理得到最短路径调姿目标角作为调姿结束时刻的姿态指令，包括：

8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1至7中任一项所述航天运载器返回最优调姿指令的生成方法步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述航天运载器返回最优调姿指令的生成方法步骤。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述航天运载器返回最优调姿指令的生成方法步骤。