本發(fā)明涉及衛(wèi)星星敏感器姿態(tài)修正技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

隨著航天科技與應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展與開拓,衛(wèi)星的研制與實現(xiàn)技術(shù)呈現(xiàn)出兩種趨勢:一是以高精度遙感衛(wèi)星為代表,任務(wù)要求決定了衛(wèi)星星體的結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜、系統(tǒng)控制精度指標(biāo)極高；另一個方向是朝著小型、快捷、低成本、結(jié)構(gòu)與配置簡化方向發(fā)展,實現(xiàn)單一任務(wù),或者通過發(fā)射較多數(shù)量實現(xiàn)多任務(wù)或某項復(fù)雜工作。針對前一種趨勢的復(fù)雜衛(wèi)星,控制系統(tǒng)通常配置星敏感器作為姿態(tài)敏感器部件。

星敏感器是目前衛(wèi)星上使用的精度最高的姿態(tài)測量敏感器，它通過測量恒星的觀測矢量在衛(wèi)星坐標(biāo)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(biāo)系中的方位，經(jīng)姿態(tài)確定算法計算即可提供衛(wèi)星在慣性系中的姿態(tài)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(tài)確定精度較低，不能滿足高精度姿態(tài)確定要求。因此，目前主流的高精度控制系統(tǒng)都采用多星敏感器聯(lián)合定姿技術(shù)來提高姿態(tài)確定的精度，利用一個星敏感器垂直光軸方向的姿態(tài)信息來補償另一個星敏感器光軸方向姿態(tài)測量精度的不足。

衛(wèi)星在軌運行過程中受太陽照射角度影響呈現(xiàn)溫度周期性慢變，因此，星敏感器安裝結(jié)構(gòu)會受其影響而產(chǎn)生形變，導(dǎo)致星敏感器測量輸出相對本體坐標(biāo)系基準(zhǔn)發(fā)生動態(tài)偏離。此外，星敏感器觀測恒星過程中，其光軸所指向的天區(qū)隨衛(wèi)星軌道運動發(fā)生周期性變化，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)誤差、標(biāo)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(zhǔn)頭部及非基準(zhǔn)頭部的姿態(tài)四元數(shù)均產(chǎn)生影響，進而對多星敏感器聯(lián)合定姿的姿態(tài)確定精度造成影響。因此，為了獲取高精度的可信的衛(wèi)星姿態(tài),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(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)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(yīng)用于衛(wèi)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(biāo)變換四元數(shù)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(zhǔn)頭部ohref；

s3、計算基準(zhǔn)頭部ohref到星敏感器各頭部ohi的坐標(biāo)變換四元數(shù)地面精測值qohiohref；

s4、計算星敏感器各頭部ohi到基準(zhǔn)頭部ohref的坐標(biāo)變換四元數(shù)實測值qrotohiohref；

s5、根據(jù)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(tài)四元數(shù)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(biāo)變換四元數(shù)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(shù)；

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(biāo)變換四元數(shù)濾波實測值qrotohiohjcal，其初值為地面安裝精測值；

s13、重復(fù)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(tǒng)的控制周期，l為濾波時間常數(shù)，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(zhǔn)頭部ohref姿態(tài)測量坐標(biāo)系到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換四元數(shù)。

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(dāng)i＜ref時，該頭部與基準(zhǔn)頭部的坐標(biāo)變換四元數(shù)實測值為：

qrotohiohref＝qrotohiohjcal

當(dāng)i＞ref時，該頭部與基準(zhǔn)頭部的坐標(biāo)變換四元數(shù)實測值為：

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：

(1)本發(fā)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(lián)合定姿的姿態(tài)確定精度。

(2)本發(fā)明簡單有效的修正非基準(zhǔn)頭部與基準(zhǔn)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(tài)四元數(shù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明中步驟s1的細(xì)化流程示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)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(biāo)變換四元數(shù)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(zhǔn)頭部ohref；

s3、計算基準(zhǔn)頭部ohref到星敏感器各頭部ohi的坐標(biāo)變換四元數(shù)地面精測值qohiohref：

其中，qbohref表示基準(zhǔn)頭部ohref姿態(tài)測量坐標(biāo)系到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換四元數(shù)。若地面控制中心指定以oh1為基準(zhǔn)頭部，則qbohref＝qboh1；若地面控制中心指定以oh2為基準(zhǔn)頭部，則qbohref＝qboh2；若地面控制中心指定以ohj為基準(zhǔn)頭部，則qbohref＝qbohj，各頭部與本地系的轉(zhuǎn)換四元數(shù)均由地面進行精測得到。

s4、計算星敏感器各頭部ohi到基準(zhǔn)頭部ohref的坐標(biāo)變換四元數(shù)實測值qrotohiohref：

當(dāng)i＜ref時，該頭部與基準(zhǔn)頭部的坐標(biāo)變換四元數(shù)實測值為：

qrotohiohref＝qrotohiohjcal

當(dāng)i＞ref時，該頭部與基準(zhǔn)頭部的坐標(biāo)變換四元數(shù)實測值為：

s5、根據(jù)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(tài)四元數(shù)qohirc：

其中，qrotohiohref為星敏感器頭部ohi測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)頭部ohref測量坐標(biāo)系的四元數(shù)實際值；qohiohref為基準(zhǔn)頭部ohref測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到星敏感器頭部ohi測量坐標(biāo)系的安裝四元數(shù)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(biāo)變換四元數(shù)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(shù)，qohirc為任意頭部ohi輸出的姿態(tài)四元數(shù)，qohjrc為另一任意頭部ohj輸出的姿態(tài)四元數(shù)。；

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(biāo)變換四元數(shù)濾波實測值qrotohiohjcal，其初值為地面安裝精測值；

s13、重復(fù)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(tǒng)的控制周期，l為濾波時間常數(shù)，k為濾波算法計算時刻。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。