具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

本发明公开了一种电推力器位置保持推力分配方法，是一种简单配置的电推进卫星位置保持推力分配方法，采用解析法进行双机械臂+两台电推力器布局下的电推力器地球同步轨道位置保持控制分配。首先，根据位置保持漂移率控制量需求选取合适的电推力器法向指向；之后，获取在确定的法向指向对应下的两台电推力器的三维指向和开机时长；最后，根据两台电推力器的推力分配方式分配两台矢量调节机构的理论转动速度。本发明采用完全解析的方式，解决了双机械臂+电推力器布局下的电推力器位置保持控制分配问题，减少了燃料消耗，降低了矢量调节机构运动对卫星影响。

如图1，在本实施例中，该电推力器位置保持推力分配方法，包括：

步骤101，根据位置保持漂移率控制量，确定两台电推力器的法向指向档位。

在本实施例中，该电推力器位置保持推力分配方法可以但不仅限于应用于简单配置电推进卫星。如图2，简单配置电推进卫星的布局如下：两台电推力器+两台台矢量调节机构。其中，第一矢量调节机构安装在卫星南侧，连接第一电推力器，用于实现推力指向在x、y、z三个方向的调节；第二矢量调节机构安装在卫星北侧，连接第二电推力器，用于实现推力指向在x、y、z三个方向的调节。即，第一矢量调节机构和第二矢量调节机构分别斜装在卫星背地板南北侧，分别用于实现对第一电推力器和第二电推力器的三维指向的调整。该电推力器位置保持推力分配方法可以在一个轨道控制周期之内执行，在一个位置保持控制周期内相继点火，实现卫星对轨道六根数的联合调整。

优选的，可以确定位置保持漂移率控制量，记作ΔD。其中：

若ΔD∈[ΔDL₁,ΔDH₁]，则确定两台电推力器的法向指向档位为C_ys＝C_y1；

若ΔD∈[ΔDL₂,ΔDH₂]，则确定两台电推力器的法向指向档位为C_ys＝C_y2；

···依次类推；

若ΔD∈[ΔDL_n,ΔDH_n]，则确定两台电推力器的法向指向档位为C_ys＝C_yn。

进一步的，各法向指向档位对应的漂移率允许范围的确定方式如下：确定轨道坐标系下推力方向的单位矢量[X,Y,Z]；计算得到矢量调节机构的调节范围C_y＝Y/Z；对调节范围C_y进行n等分，得到由小到大排列的n个法向指向档位C_ys：C_ys＝C_y1、C_y2、…、C_yn；各法向指向档位C_y1、C_y2、…、C_yn对应的漂移率允许范围依次为：[ΔDL₁,ΔDH₁]、[ΔDL₂,ΔDH₂]、…、[ΔDL_n,ΔDH_n]。其中，轨道坐标系的原点为卫星质心，X轴指向卫星前进方向，Z轴指向地面，Y轴与X轴和Z轴满足右手定则。

步骤102，根据确定的两台电推力器的法向指向档位，分别计算得到第一电推力器的目标推力方向[X_n,Y_n,Z_n]和开机时长Δt_n，以及第二电推力器的目标推力方向[X_s,Y_s,Z_s]和开机时长Δt_s。

在本实施例中，该步骤102具体可以包括如下子步骤：

子步骤1021，获取轨道坐标系下x方向和y方向的偏心率控制矢量Δe_x和Δe_y，以及x方向和y方向的倾角控制矢量Δi_x和Δi_y。

子步骤1022，根据Δe_x、Δe_y、Δi_x和Δi_y，计算得到第一电推力器x方向的速度增量VN_x和第二电推力器x方向的速度增量VS_x，以及两台电推力器的径向分配标识flagV_z和径向分配差值V_z0。

在本实施例中，第一电推力器x方向的速度增量VN_x和第二电推力器x方向的速度增量VS_x的解算公式分别如下：

优选的，可以根据地球静止轨道标称轨道速度V_s和地球静止轨道标称轨道角速度ω_e，计算得到常数A、常数B和中间参数aa：

进一步的，径向分配标识flagV_z和径向分配差值V_z0的解算流程可以如下：

首先，计算得到中间变量dV_ztemp：

然后，根据中间变量dV_ztemp，确定flagV_z：

若dV_ztemp≤0，则flagV_z＝1

若dV_ztemp＞0，则flagV_z＝-1

最后，计算得到径向分配差值V_z0：

其中，dV_z表示两台电推力器径向控制量之差，dV_z＝abs(dV_ztemp)，V_y0表示单侧电推力器法向控制量。

子步骤1023，根据flagV_z和V_z0，计算得到第一电推力器y方向的速度增量VN_y和z方向的速度增量VN_z，以及第二电推力器y方向的速度增量VS_y和z方向的速度增量VS_z。

在本实施例中，当flagV_z＝1时，有：VN_y＝V_ytemp、VN_z＝V_z0+dV_z、VS_y＝V_y0-V_ytemp、VS_z＝V_z0；当flagV_z＝-1时，有：VN_y＝V_y0-V_ytemp、VN_z＝V_z0、VS_y＝V_ytemp、VS_z＝V_z0+dV_z。

优选的，对于中间变量V_ytemp，有：

子步骤1024，根据VN_y、VN_z、VS_y和VS_z，计算得到第一电推力器的目标推力方向[X_n,Y_n,Z_n]和开机时长Δt_n，以及第二电推力器的目标推力方向[X_s,Y_s,Z_s]和开机时长Δt_s。

在本实施例中，可以先根据VN_x、VN_y和VN_z，计算得到[X_n,Y_n,Z_n]和Δt_n：

然后，根据VS_x、VS_y和VS_z，计算得到[X_s,Y_s,Z_s]和Δt_s：

其中，F表示电推力器的推力大小，V_e表示电推力器比冲，mass表示卫星质量。

步骤103，根据[X_n,Y_n,Z_n]和[X_s,Y_s,Z_s]，计算得到第一理论矢量调节机构转速ω_n和第二理论矢量调节机构转速ω_s。

在本实施例中，可以先确定第一电推力器的当前指向[X_n0,Y_n0,Z_n0]和第二电推力器的当前指向[X_s0,Y_s0,Z_s0]；并计算得到[X_n,Y_n,Z_n]与[X_n0,Y_n0,Z_n0]之间的夹角θ_n，[X_s,Y_s,Z_s]与[X_s0,Y_s0,Z_s0]之间的夹角θ_s。

然后，获取最大理论矢量调节机构转速，记作ω_max。

当θ_n≥θ_s时，有：

ω_n＝ω_max

当θ_n＜θ_s时，有：

ω_s＝ω_max

步骤104，将计算得到的[X_n,Y_n,Z_n]和Δt_n分配给第一电推力器，将计算得到的[X_s,Y_s,Z_s]和Δt_s分配给第二电推力器，将计算得到的ω_n分配给第一矢量调节机构，将计算得到的ω_s分配给第二矢量调节机构。

综上所述，本发明采用完全解析的方法计算电推力器开机时长和速度增量，充分考虑了实际工程约束，可满足静止轨道卫星的位置保持任务需求。

在上述实施例的基础上，下面结合几个具体的实例进行说明。

例如，设单台电推力器推力大小为100mN，卫星质量为1380kg，定点经度为东经114°E；卫星的位置保持控制周期为1天；ΔD＝0.0043°/day，Δe_x＝0，Δe_y＝-2.29e-5/day，Δi_x＝0，Δi_y＝-0.0029°/day；C_y＝0.7。则，可以选取合适的法向指向档位C_ys＝[1.7,1.0,0.7]，对应的漂移率允许范围依次为：[-0.001,0.001]、[-0.003,0.003]、[-0.010,0.010]。

基于上述已知量并结合前述步骤，可以计算得到：VN_z＝-0.237，VS_x＝0.011，dV_ztemp＝-0.0014，dV_z＝abs(dV_ztemp)＝0.0014，flagV_z＝1，V_ytemp＝0.079，V_z0＝0.112。

进而，有：VN_z＝0.114，VN_y＝0.079，VS_z＝0.112，VS_y＝0.078。

则，

最后，根据当前指向，可以计算得到ω_n＝1°/s，ω_s＝0.54°/s。

进一步的，基于上述条件：单台电推力器推力大小为100mN，卫星质量为1380kg，定点经度为东经114°E；卫星的位置保持控制周期为1天。取仿真时长为1年。则可以得到如图3所示的仿真结果，本发明提供的推力器分配方法能够使卫星保持在定点经纬度±0.5°的“死区”范围内。经仿真验证，本发明方法能够实现简单配置电推进布局下的位置保持控制电推力器分配，可以用于地球同步轨道位置保持控制。

综上所述，本发明所述的电推力器位置保持推力分配方法，可根据矢量调节机构的可达性和转速约束进行推力分配，实现地球同步轨道位置保持控制。

在上述实施例的基础上，如图4，本发明还公开了一种电推力器位置保持推力分配系统，包括：档位确定模块401，用于根据位置保持漂移率控制量，确定两台电推力器的法向指向档位。第一计算模块402，用于根据确定的两台电推力器的法向指向档位，分别计算得到第一电推力器的目标推力方向[X_n,Y_n,Z_n]和开机时长Δt_n，以及第二电推力器的目标推力方向[X_s,Y_s,Z_s]和开机时长Δt_s。第二计算模块403，用于根据[X_n,Y_n,Z_n]和[X_s,Y_s,Z_s]，计算得到第一理论矢量调节机构转速ω_n和第二理论矢量调节机构转速ω_s。分配模块404，用于将计算得到的[X_n,Y_n,Z_n]和Δt_n分配给第一电推力器，将计算得到的[X_s,Y_s,Z_s]和Δt_s分配给第二电推力器，将计算得到的ω_n分配给第一矢量调节机构，将计算得到的ω_s分配给第二矢量调节机构。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。