吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (3): 972-978.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180072

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基于粒子群算法的星敏感器布局设计

徐开1(),陈志刚1(),赵靖华2,3,戴路1,李峰1   

  1. 1. 长光卫星技术有限公司 姿态与轨道控制研究室, 长春 130000
    2. 吉林师范大学 计算机学院, 吉林 四平136000
    3. 吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室, 长春130022
  • 收稿日期:2018-01-18 出版日期:2019-05-01 发布日期:2019-07-12
  • 通讯作者: 陈志刚 E-mail:xukai118@126.com;asir0422@163.com
  • 作者简介:徐开(1982?)，男，副研究员，博士. 研究方向：卫星姿态与轨道控制系统.E?mail:xukai118@126.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(61773009);吉林省科技厅重点科技攻关项目(20170204069GX);吉林省科技厅自然科学基金项目(20180101067JC);吉林省教育厅“十三五”科学研究规划项目(JJKH20190999KJ)

Layout design method of star sensor based on particle swarm optimization algorithm

Kai XU1(),Zhi⁃gang CHEN1(),Jing⁃hua ZHAO2,3,Lu DAI1,Feng LI1   

  1. 1. Attitude and Orbital Control Laboratory, Chang Guang Satellite Technology Co. , Ltd. , Changchun 130000, China
    2. College of Computer, Jilin Normal University, Siping 136000, China
    3. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2018-01-18 Online:2019-05-01 Published:2019-07-12
  • Contact: Zhi?gang CHEN E-mail:xukai118@126.com;asir0422@163.com

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摘要：

为了有效解决星敏感器安装布局的问题并提高效率，提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法的星敏感器布局设计方案。首先，应用空间球面投影方法选择有效规避地气光的点集作为粒子种群库。然后，将星敏感器光轴矢量和太阳矢量间的夹角与星敏感器太阳规避角的差值作为种群评价函数，通过种群粒子搜寻全局最优解的方式寻找到最佳的星敏感器布局。最后，通过试验案例证明由本文设计方法选出的星敏感器布局完全满足星敏感器在轨有效性的要求。

关键词: 航空、航天系统工程, 卫星, 星敏感器布局, 空间球面投影, 粒子群优化

Abstract:

In order to effectively solve the star sensor layout problem with higher efficient, the particle swarm optimization algorithm is applied. Firstly, the spherical projection method is utilized to select the points which can effectively avoid the ground light as the particle population. Secondly, the error from angle between the star sensor optical vector and the sun vector to the sun exclusion angle of the star sensor is selected as population evaluation function, and the best layout of the star sensor is found through the particle swarm searching of the global optimal solution. The effectiveness of star sensor layout scheme selected by the proposed method in this paper is proved by the experiments.

Key words: aerospace system engineering, satellite, star sensor layout, space spherical projection, particle swarm optimization

中图分类号: 

  • V44

图1

粒子群算法(PSO)流程图"

图2

地气光边缘矢量与地球矢量夹角关系示意图"

图3

地气光矢量在球面上的投影"

图4

星敏感器规避地气光的有效区域"

图5

XX01卫星星敏感器布局"

表1

案例1卫星左摆加前后摆时星敏感器有效性"

机动

角度

 左摆20°
前摆20° 前摆10° 后摆10° 后摆20°
与地球矢量夹角 110.1° 109.1° 104.0° 100.0°
与太阳矢量夹角 75°~122° 73°~124° 69°~123° 67°~128°
有效性

全年全纬

度有效

 全年全纬度有效 全年全纬度有效

全年全纬

度有效

表2

案例1卫星右摆加前后摆时星敏感器有效性"

机动

角度

 右摆20°
前摆20° 前摆10° 后摆10° 后摆20°
与地球矢量夹角 150.0° 148.1° 139.8° 134.2°
与太阳矢量夹角 35°~159° 35°~160° 36°~160° 38°~156°
有效性 全年全纬度有效

全年全纬

度有效

全年全纬

度有效

全年全纬

度有效

图6

XX02卫星星敏感器布局"

表3

案例2卫星左摆加前后摆时星敏感器有效性"

机动角度 左摆25°
前摆24° 前摆10° 后摆10° 后摆24°
与地球矢量夹角 116.4° 114.3° 107.1° 99.8°
与太阳矢量夹角 87°~151° 86°~153° 79°~158° 74°~164°
有效性 全年全纬度有效

全年全纬

度有效

全年全纬

度有效

全年全纬

度有效

表4

案例2卫星右摆加前后摆时星敏感器有效性"

机动角度 右摆25°
前摆24° 前摆10° 后摆10° 后摆24°
与地球矢量夹角 166.1° 159.4° 145.0° 134.1°
与太阳矢量夹角 37°~169° 38°~171° 41°~173° 45°~178°
有效性 全年全纬度有效 全年全纬度有效 全年全纬度有效 全年全纬度有效
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