一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法與流程

本發明涉及衛星星敏感器姿態修正技術領域，具體涉及一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法。

背景技術：

隨著航天科技與應用領域的不斷發展與開拓,衛星的研制與實現技術呈現出兩種趨勢:一是以高精度遙感衛星為代表,任務要求決定了衛星星體的結構組成復雜、系統控制精度指標極高；另一個方向是朝著小型、快捷、低成本、結構與配置簡化方向發展,實現單一任務,或者通過發射較多數量實現多任務或某項復雜工作。針對前一種趨勢的復雜衛星,控制系統通常配置星敏感器作為姿態敏感器部件。

星敏感器是目前衛星上使用的精度最高的姿態測量敏感器，它通過測量恒星的觀測矢量在衛星坐標系中的方位以及恒星亮度，再利用星歷表得到這些恒星在慣性坐標系中的方位，經姿態確定算法計算即可提供衛星在慣性系中的姿態信息，精度可達到角秒級。但由于星敏感器光軸方向的測量噪聲較大，單星敏感器姿態確定精度較低，不能滿足高精度姿態確定要求。因此，目前主流的高精度控制系統都采用多星敏感器聯合定姿技術來提高姿態確定的精度，利用一個星敏感器垂直光軸方向的姿態信息來補償另一個星敏感器光軸方向姿態測量精度的不足。

衛星在軌運行過程中受太陽照射角度影響呈現溫度周期性慢變，因此，星敏感器安裝結構會受其影響而產生形變，導致星敏感器測量輸出相對本體坐標系基準發生動態偏離。此外，星敏感器觀測恒星過程中，其光軸所指向的天區隨衛星軌道運動發生周期性變化，導致光學系統誤差、標定誤差和星表誤差隨恒星進出視場而變，也會造成周期性慢變誤差，這些變化對星敏感器基準頭部及非基準頭部的姿態四元數均產生影響，進而對多星敏感器聯合定姿的姿態確定精度造成影響。因此，為了獲取高精度的可信的衛星姿態,需要對多星敏感器間慢變誤差的實時估計及修正方法進行研究。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法，應用于衛星上多個星敏感器之間修正慢變誤差。

一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法，修正星敏感器各頭部之間的慢變誤差，包含如下步驟：

s1、計算星敏感器各頭部兩兩之間的坐標變換四元數濾波實測值qrotohiohjcal；

s2、由地面控制中心指定星敏感器上某一頭部為基準頭部ohref；

s3、計算基準頭部ohref到星敏感器各頭部ohi的坐標變換四元數地面精測值qohiohref；

s4、計算星敏感器各頭部ohi到基準頭部ohref的坐標變換四元數實測值qrotohiohref；

s5、根據s3和s4得到的qohiohref和qrotohiohref計算修正頭部間慢變誤差后的各頭部姿態四元數qohirc。

上述的一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法，其中，所述步驟s1包含：

s11、計算任意星敏感器頭部ohi到另一任意頭部ohj的坐標變換四元數q’rotohiohjcal，其中，i＝1，2，3……n-1，j＝i+1，i+2，i+3……n，n為頭部的個數；

s12、對s1得到的q’rotohiohjcal進行濾波，得到任意頭部ohi到另一任意頭部ohj的坐標變換四元數濾波實測值qrotohiohjcal，其初值為地面安裝精測值；

s13、重復步驟s11和s12直至遍歷所有頭部。

上述的一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法，其中，所述步驟s12中的濾波算法如下：

其中t為控制系統的控制周期，l為濾波時間常數，k為濾波算法計算時刻。

上述的一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法，其中，所述步驟s3中，

其中，qbohref表示基準頭部ohref姿態測量坐標系到衛星本體坐標系的轉換四元數。

上述的一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法，其中，所述步驟s4中，

當i＜ref時，該頭部與基準頭部的坐標變換四元數實測值為：

qrotohiohref＝qrotohiohjcal

當i＞ref時，該頭部與基準頭部的坐標變換四元數實測值為：

本發明的優點和有益效果是：

(1)本發明可由星上軟件運行，能在軌實時估計并修正，通過簡單的計算方式，即可提高多星敏感器聯合定姿的姿態確定精度。

(2)本發明簡單有效的修正非基準頭部與基準頭部之間的慢變誤差，并獲得修正頭部間慢變誤差后的頭部姿態四元數。

附圖說明

圖1是本發明的流程示意圖。

圖2是本發明中步驟s1的細化流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

如圖1所示，是一種多星敏感器間慢變誤差實時在軌修正方法，包含如下步驟：

s1、計算星敏感器各頭部兩兩之間的坐標變換四元數濾波實測值qrotohiohjcal；

s2、由地面控制中心指定星敏感器上某一頭部ohj為基準頭部ohref；

s3、計算基準頭部ohref到星敏感器各頭部ohi的坐標變換四元數地面精測值qohiohref：

其中，qbohref表示基準頭部ohref姿態測量坐標系到衛星本體坐標系的轉換四元數。若地面控制中心指定以oh1為基準頭部，則qbohref＝qboh1；若地面控制中心指定以oh2為基準頭部，則qbohref＝qboh2；若地面控制中心指定以ohj為基準頭部，則qbohref＝qbohj，各頭部與本地系的轉換四元數均由地面進行精測得到。

s4、計算星敏感器各頭部ohi到基準頭部ohref的坐標變換四元數實測值qrotohiohref：

當i＜ref時，該頭部與基準頭部的坐標變換四元數實測值為：

qrotohiohref＝qrotohiohjcal

當i＞ref時，該頭部與基準頭部的坐標變換四元數實測值為：

s5、根據s3和s4得到的qohiohref和qrotohiohref計算修正頭部間慢變誤差后的各頭部姿態四元數qohirc：

其中，qrotohiohref為星敏感器頭部ohi測量坐標系轉換到基準頭部ohref測量坐標系的四元數實際值；qohiohref為基準頭部ohref測量坐標系轉換到星敏感器頭部ohi測量坐標系的安裝四元數精測值。

如圖2所示，所述步驟s1具體包含：

s11、計算任意星敏感器頭部ohi到另一任意頭部ohj的坐標變換四元數q’rotohiohjcal：

其中，i＝1，2，3……n-1，j＝i+1，i+2，i+3……n，n為頭部的個數，qohirc為任意頭部ohi輸出的姿態四元數，qohjrc為另一任意頭部ohj輸出的姿態四元數。；

s12、對s1得到的q’rotohiohjcal進行濾波，得到任意頭部ohi到另一任意頭部ohj的坐標變換四元數濾波實測值qrotohiohjcal，其初值為地面安裝精測值；

s13、重復步驟s11和s12直至遍歷所有頭部。

其中，所述步驟s12中的濾波算法如下：

式中，t為控制系統的控制周期，l為濾波時間常數，k為濾波算法計算時刻。

盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。