一种星敏感器外场试验卫星星历计算方法

摘要

本发明公开了一种星敏感器外场试验卫星星历计算方法，其包括如下步骤：确定计算输入输出量参数，利用输入量，根据球面三角形、天文星历计算等公式计算输出量。与现有技术相比，其优点和有益效果是：解决了卫星在地面静止工况下与在轨飞行轨道星历不一致的问题，实现了试验过程中卫星真实飞行轨道的模拟。此方法经验证结果正确，效果良好，除可应用于星敏感器外场试验外，还可应用于太阳敏感器等其他光学测量部件的系统级外场试验。

权利要求

1. 一种星敏感器外场试验卫星星历计算方法，利用已知的卫星轨道倾角i、试验所在地纬度 和经度 ，其特征在于：对轨道升交点的地方时刻对应试验开始时间即星载计算机时钟、反映卫星在轨道弧段内位置的轨道幅角和反映轨道面与赤道面相对位置的升交点赤经的计算，包括：1）确定计算输入输出量参数确定试验所在地经度 、纬度 、卫星轨道倾角i、升交点地方时td作为输入量，试验开始时刻t0及其时刻对应的轨道幅角U0、升交点赤经 为输出量；

2）计算试验时刻轨道幅角U0

利用轨道倾角i先算出轨道面与赤道面夹角，利用其夹角、所在地纬度 ，根据球面三角形公式计算试验时刻轨道幅角U0；

3）计算试验开始时刻t0

利用轨道倾角i先算出轨道面与赤道面夹角，再利用其夹角和 根据球面三角形公式计算升交点与子午面夹角，利用其夹角和升交点地方时td、经度 计算试验开始时刻t0；

4）计算升交点赤经

利用算出的t0计算儒略日 ，进而计算出t0时刻格林尼治恒星时角 ，利用t0、td、 计算升交点赤经 。

说明书

一种星敏感器外场试验卫星星历计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种星敏感器外场试验技术，尤其在进行星敏感器系统级外场试验时卫星的轨道星历计算方法。

背景技术

[0002] 目前针对星敏感器的外场试验主要是产品级的，将星敏感器与星载计算机连接，使其接入卫星姿态控制系统闭环的外场系统级试验还未进行过。但为了充分验证星敏感器在卫星姿态控制系统中的安装极性、工作性能及系统软件中星敏感器数据处理与姿态解算的正确性，进行星敏感器外场系统级试验是很有必要的。

[0003] 系统级试验就是在视野开阔的外场试验场地，选择天气晴朗的夜间，模拟卫星上的安装方式，将星敏感器安装在转台上，并与星载计算机连接，让星敏感器工作在与在轨运行近似的工况，输出惯性姿态数据给星载计算机，星载计算机根据惯性姿态数据再结合轨道星历数据计算卫星的轨道姿态。

[0004] 目前试验中存在的问题是：卫星的星历和轨道参数与真实在轨飞行的情况不一致，试验所在地经纬度就是试验时刻卫星轨道位置对应的星下点经纬度，是确定的已知量，轨道的半长轴、偏心率、轨道倾角取卫星在轨的真实值，这几项参数对圆轨道卫星而言是常值，上述参数可以作为常量提前设置在星载计算机软件中，而轨道幅角、升交点赤经、试验时星载计算机的星上时钟等参数不能直接获得，因此不能真实模拟在轨情况。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种星敏感器外场试验卫星星历计算方法。它能满足星敏感器外场试验需要。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明的一种星敏感器外场试验卫星星历计算方法，是利用已知的卫星轨道倾角i、试验所在地纬度 和经度 ，计算轨道升交点的地方时刻对应试验开始时间即星载计算机时钟、卫星在轨道弧段内位置的轨道幅角和反映轨道面与赤道面相对位置的升交点赤经的方法。

[0007] 所述的星敏感器外场试验卫星星历计算方法，其包括如下步骤：

[0008] 1）确定计算输入输出量参数

[0009] 确定试验所在地经度 、纬度 、卫星轨道倾角i、升交点地方时td作为输入量，试验开始时刻t0及其时刻对应的轨道幅角U0、升交点赤经 为输出量；

[0010] 2）计算试验时刻轨道幅角U0

[0011] 利用轨道倾角i先算出轨道面与赤道面夹角，利用其夹角、所在地纬度 ，根据球面三角形公式计算试验时刻轨道幅角U0；

[0012] 3）计算试验开始时刻t0

[0013] 利用轨道倾角i先算出轨道面与赤道面夹角，再利用其夹角和 根据球面三角形公式计算升交点与子午面夹角，利用其夹角和升交点地方时td、经度 计算试验开始时刻t0；

[0014] 4）计算升交点赤经

[0015] 利用算出的t0计算儒略日 ，进而计算出t0时刻格林尼治恒星时角 ，利用t0、td、 计算升交点赤经 。

[0016] 本发明采用的方法，与现有技术相比，其优点和有益效果是：本发明提出了一种通用的星敏感器外场系统级试验卫星星历计算方法，解决了卫星在地面静止工况下与在轨飞行轨道星历不一致的问题，实现了试验过程中卫星真实飞行轨道的模拟。此方法经验证结果正确，效果良好，除可应用于星敏感器外场试验外，还可应用于太阳敏感器等其他光学测量部件的系统级外场试验。

附图说明

[0017] 以下将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0018] 图1为试验时卫星轨道位置及姿态实施例示意图。

具体实施方式

[0019] 如图1所示，为试验时卫星轨道位置及姿态示意图，图中符号含义如下：

[0020] 为地心；

[0021] N、S分别代表地球北、南极；

[0022] C为升交点；

[0023] 所在面为地球赤道面；

[0024] 为试验所在地经线；

[0025] 为升交点所在经线；

[0026] 所在面为卫星轨道平面；

[0027] 为轨道面与 交点，即试验所在地；

[0028] 为零姿态情况下的星体坐标系。

[0029] 已知输入量为：

[0030] 轨道倾角；

[0031] B点经纬度 、 ；

[0032] 轨道升交点地方时td。

[0033] 待求输出量为：

[0034] 轨道幅角U0；

[0035] 试验开始时刻t0；

[0036] 升交点赤经 。

[0037] 计算过程如下：

[0038] 由直角球面三角形可知

[0039]

[0040] ， ，再由球面三角形公式

[0041]

[0042] 可得

[0043]

[0044] 所以得轨道幅角U0：

[0045]

[0046] 再由球面三角形公式

[0047]

[0048] 可得

[0049]

[0050] 北京时间对应的经度为

[0051] 则试验时北京时应为

[0052] t0=td+

[0053] 设试验时年月日分别为year、month、day，先计算儒略日

[0054]

[0055]

[0056] 格林尼治恒星时角为：

[0057]

[0058] 升交点赤经 为：

[0059]

[0060] 星载计算机用上述方法计算所得的参数结果进行轨道递推运算，运算结果可保持与卫星经过试验所在地时的真实飞行轨道一致，较真实地模拟卫星在轨运行情况，为星敏感器的验证试验提供较逼真的试验工况。