一种面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法及装置

技术特征：
1.一种面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法，其特征在在于，包括：步骤1、构建用于描述卫星姿态的卫星姿态动力学模型；步骤2、基于跟踪目标在星载相机观测图像上的位置，计算卫星的跟踪姿态约束矩阵；步骤3、基于卫星的跟踪姿态约束矩阵和能量约束函数，构建用于提供卫星位姿参考值的导航函数；步骤4、基于步骤1的卫星姿态动力学模型与步骤3的导航函数，构建用于输出卫星姿态控制力矩的自适应反步控制器；步骤5、将运动目标信息发送至卫星系统中，当星载相机观测到运动目标时，将配合所述自适应反步控制器对卫星姿态的进行调节，完成运动目标的跟踪拍摄。2.根据权利要求1所述的面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述步骤1中的卫星姿态动力学模型，基于卫星姿态角速度进行构建：其中，表示卫星惯量矩阵的标称值，表示控制力矩，ω
×
表示姿态角速度的反对称矩阵，ω表示姿态角速度，表示包含惯量不确定性和外部干扰的集中扰动；sat(u)＝[sat(u1)，sat(u
21
)，sat(u3)]
t
其中，u
max
表示姿态角速度的上界；|ω|≤ω
max
其中，ω
max
表示姿态角速度的上界。3.根据权利要求1所述的面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述步骤2中的计算卫星的跟踪姿态约束矩阵，具体表达式为：其中，ρ
ti
表示目标视线轴向量，h表示星载相机的光轴向量，表示3x3单位矩阵；即卫星姿态约束的表达式为：q
t
aq≥cosθ
c
其中，q表示卫星的姿态四元数，θ
c
表示星载相机的视场角。4.根据权利要求1所述的面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述步骤3的构建用于提供卫星位姿参考值的导航函数，具体过程如下：步骤3.1、根据卫星姿态约束矩阵，建立用于约束参考姿态四元数的姿态约束项：其中，r表示参考姿态四元数；
步骤3.2、基于减少姿态控制量，建立用于约束参考姿态四元数的能量约束项：步骤3.2、基于减少姿态控制量，建立用于约束参考姿态四元数的能量约束项：其中，表示4x4单位矩阵，β为条件系数：步骤3.3、将步骤3.1的姿态约束项与步骤3.2的能量约束项，结合获得导航函数。5.根据权利要求1所述的面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述步骤4中的自适应反步控制器，引入卫星动力学模型与角速度势函数对输出的卫星姿态控制力矩进行约束。6.根据权利要求5所述的面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述自适应反步控制器的控制表达式如下：其中，u表示控制力矩，z1表示一阶反步状态向量，z2表示二阶反步状态向量，表示估计的集中扰动最大值，φ表示角速度势函数矩阵，χ表示卫星动力学模型的辅助变量，表示预设的正定矩阵，σ＝-k1tanh(qz1)表示二阶反步状态向量的参数，表示卫星姿态四元数矢量矩阵，q
e0
表示卫星姿态误差四元数的标量部分，表示卫星姿态误差四元数矢量部分的斜对称矩阵，k1与k2表示大于零的常数。7.根据权利要求1所述的面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述步骤4中的自适应反步控制器还设有干扰估计器，所述干扰估计器用于削弱卫星惯量矩阵不确定和外部干扰对卫星姿态控制卫星的影响。8.一种卫星姿态控制装置，包括计算机存储器、计算机处理器以及存储在所述计算机存储器中并可在所述计算机处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述计算机存储器中采用权利要求1-7任一所述的面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法；所述计算机处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：将运动目标信息发送至卫星系统中，当星载相机观测到运动目标时，将配合所述自适应反步控制器对卫星姿态的进行调节，完成运动目标的跟踪拍摄。

技术总结
本发明公开一种面向运动目标跟踪观测的卫星姿态控制方法，包括：步骤1、构建卫星姿态动力学模型；步骤2、基于跟踪目标在星载相机观测图像上的位置，计算卫星的跟踪姿态约束矩阵；步骤3、基于卫星的跟踪姿态约束矩阵和能量约束函数，构建导航函数；步骤4、基于卫星姿态动力学模型与导航函数，构建用于自适应反步控制器；步骤5、将运动目标信息发送至卫星系统中，当星载相机观测到运动目标时，将配合所述自适应反步控制器对卫星姿态的进行调节，完成运动目标的跟踪拍摄。本发明还公开了一种基于卫星姿态控制方法的装置。本发明提供的方法将导航函数引入自适应反步控制器，对控制力矩和角速度进行约束，实现了对卫星跟踪姿态的稳定控制。控制。控制。


技术研发人员：时中 金仲和 赵凡宇 江姝蕾
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2022/8/9