深空探测器星敏感器自主切换方法与流程

技术特征：
1.一种深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，利用探测器轨道数据和当前探测器姿态数据，实时计算各星敏光轴矢量、器日矢量、探测器到目标天体矢量和目标天体张角，获取星敏光轴矢量与器日矢量夹角以及星敏光轴受目标天体遮挡情况的星敏数据；如果星敏数据可用，则继续使用当班星敏感器；如果星敏数据不可用，则更新姿态数据切换星敏感器；所述星敏光轴矢量是指星敏镜头指向的方向的量；所述器日矢量是指深空探测器与太阳的连线，深空探测器指向太阳的方向的量；所述探测器到目标天体矢量是指深空探测器到目标天体的连线，深空探测器指向目标天体的方向的量；所述目标天体张角是指站在深空探测器所在位置看目标天体，目标天体的大小用角度表示。2.根据权利要求1所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，包括步骤s1：利用探测器轨道数据和当前探测器姿态数据，实时计算星敏光轴矢量、器日矢量在探测器本体系的投影、目标天体矢量在探测器本体系的投影和目标天体张角；所述探测器本体系是指探测器在生产过程中定义的坐标系，将探测器的质心作为坐标原点，质心指向发动机方向定为
‑
x轴或
‑
z轴，质心指向帆板方向定为 y轴。3.根据权利要求2所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，还包括步骤s2：通过星敏光轴矢量和器日矢量实时计算星敏光轴矢量与器日矢量夹角θ
st
‑
s
，通过星敏光轴矢量与探测器到目标天体矢量实时计算星敏光轴与探测器到目标天体矢量夹角θ
st
‑
m
。4.根据权利要求1所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，还包括步骤s3：如果当前太阳进入了星敏传感器的太阳保护角范围内并且星敏传感器未受到目标天体遮挡，则继续使用当班星敏传感器；如果当前太阳未进入星敏传感器的太阳保护角范围内并且星敏传感器已经受到目标天体遮挡，则对当班星敏传感器进行切换，选择其它符合要求的星敏传感器引入控制闭环。5.根据权利要求2所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，所述步骤s1中的星敏光轴矢量通过使用上一拍的探测器的惯性姿态c
bi
，计算星敏光轴在惯性系投影v
sti
；通过使用轨道计算探测器在日心惯性系下的位置，得到惯性系下的器日矢量v
ss
；根据时间计算目标天体位置，得到探测器到目标天体的单位矢量v
s
‑
m
；所述上一拍的探测器的惯性姿态c
bi
是每隔固定时间进行计算的，即上一次计算的数值；所述惯性系表示3个坐标轴方向确定了，坐标原点可以任意定义；所述日心惯性系表示坐标原点在太阳中心的惯性系。6.根据权利要求5所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，目标天体的张角θ
g
，计算方法为：其中：r
m
为目标天体半径，d为探测器到天体中心距离。
7.根据权利要求3所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，所述步骤s2中实时计算星敏光轴与器日矢量的夹角θ
st
‑
s
，计算公式为：θ
st
‑
s
＝arccos(v
sti
*v
ss
)其中，v
sti
指星敏光轴在惯性系投影，v
ss
指惯性系下的器日矢量。8.根据权利要求3所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，所述步骤s2中判断太阳是否进入了星敏传感器的太阳保护角范围内，用于识别星敏感器在轨工作环境，判断方法为：其中，θ
p
为星敏保护角门限。9.根据权利要求3所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，通过实时计算星敏光轴与探测器到目标天体矢量的夹角θ
st
‑
m
，计算公式为θ
st
‑
m
＝arccos(v
sti
*v
s
‑
m
)，其中，v
s
‑
m
探测器到目标天体的单位矢量，v
sti
指星敏光轴在惯性系投影；判断目标天体是否进入了星敏视场，用于识别星敏在轨工作环境，判断方法为：其中，θ
v
为星敏成像视场。10.根据权利要求4所述的深空探测器星敏感器自主切换方法，其特征在于，所述步骤s3根据步骤s2的判断结果，只有在太阳未进入星敏传感器的太阳保护角范围内，并且目标天体未进入星敏视场时，认为当前星敏数据有效，引入控制系统；否则切换星敏传感器，重复步骤s2，直至选出满足条件的星敏感器。

技术总结
本发明提供了一种深空探测器星敏感器自主切换方法，利用探测器轨道数据和当前探测器姿态数据，实时计算各星敏光轴矢量、器日矢量、探测器到目标天体矢量和目标天体张角，获取星敏光轴矢量与器日矢量夹角以及星敏光轴受目标天体遮挡情况的星敏数据；如果星敏数据可用，则继续使用当班星敏感器；如果星敏数据不可用，则更新姿态数据切换星敏感器。本发明利用探测器轨道和当前探测器姿态，实时计算各星敏受太阳照射、受目标天体遮挡情况，根据影响与否择优选择当班星敏，实现深空探测器姿控系统安全稳定的工作。统安全稳定的工作。统安全稳定的工作。


技术研发人员：信思博 朱新波 褚英志 王伟 洪振强 吕旺 李绿萍
受保护的技术使用者：上海卫星工程研究所
技术研发日：2021.06.25
技术公布日：2021/10/8