汪自军
太阳帆板一维驱动对日角度
2025-4-26 21:46
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Y轴上的太阳帆板对日跟踪时驱动角是多少,光照角是多少?

之前没想到与beta角的直接关系,所以费了一翻周折研究如何计算

后来才搞清楚,beta角的余角就是跟踪太阳的太阳帆板与太阳矢量夹角

beta角余角就是太阳矢量与-Y轴的夹角,太阳帆板就是过Y的一个平面,只有当太阳帆板光照角最大的时候,就是太阳矢量与Y两线夹角。

基本思路:

1、定义帆板从+X开始顺时针旋转角度alpha

2、写出帆板法向量为spvct=[cosalpha 0 sinalpha]

3、求与太阳矢量sunvct=[x_sun, y_sun, z_sun]夹角余弦

4、求夹角余弦极值时的alpha,即余弦导数为0时

可得到tanalpha=z_sun/xsun,(x_sun<0时,alpha=180+alpha)

 即得到了从+X旋转的角度apha,按这个旋转跟可以跟踪太阳,实现最大光照

5、太阳帆板与太阳矢量夹角

cosspang=pi/2-dot(sunvct, spvct)/norm(sunvct)/norm(spvct),(实际2个norm可以不要,因为都是单位向量)

这个spang与STK输出的90-betaAngle是一致的,说明太阳帆板驱动角计算正确

实际太阳矢量与轨道面在一轨内方向是不变的,所以在惯性系中实际帆板的角度也是不变的,但是卫星本体系在转动,所以帆板反转补偿,所以如何圆轨道跟踪角是匀速的,而且就是轨道转一圈的角速度

按复杂自己计算的路子

一、利用beta角的余角求太阳帆板光照角

1、计算beta角

1.1 计算beta角:

image.png

1.2 用STK输出beta角:

betaang

计算出来的btang,与STK直接生成的betaang是一致的

两个角的比值在0.9999~1.0001之间

image.png

2、利用STK Beta角计算太阳帆板与太阳矢量角度:

所以太阳帆板与太阳光照角即为spang_bt = pi/2-btang

image.png

二、利用计算出的帆板驱动角再计算太阳光照角

1、 计算太阳帆板驱动角:

image.png

2、计算太阳帆板与太阳向量夹角:

      image.png

计算结果与基于STK Beta角计算的光照角高度一致

2种方法得到的太阳光照角比值在0.99998~1.00002之间

image.png

相比利用STK输出的beta角计算帆板光照角,用自己计算驱动跟踪角的方法,可以知道驱动角

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