[發(fā)明專利]一種高精度星敏感器外場精度測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410557274.0
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104280049A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李玉明;程會艷;鄭然;武延鵬;鹿瑞;周建濤;李曉;孫大開
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

1.一種高精度星敏感器外場精度測試方法，其特征在于步驟如下：

(1)星敏感器通過觀測星空對恒星進行匹配識別，得到衛(wèi)星需要的姿態(tài)四元數(shù)和星圖樣本；

(2)將天文學(xué)中的J2000地心慣性系轉(zhuǎn)換到觀測初始時刻的地心慣性系，實現(xiàn)對J2000地心慣性系的歲差補償，將J2000地心慣性系的歲差修正至觀測初始時刻對應(yīng)的地心慣性系；

(3)利用地球自轉(zhuǎn)角速度值ω，第一幀星圖對應(yīng)時刻的地心慣性系按照曝光時間間隔序列ΔT_i分別繞Z軸旋轉(zhuǎn)，得到后續(xù)各幀星圖對應(yīng)時刻的虛擬地心慣性系，第一幀星圖對應(yīng)時刻的地心慣性系為經(jīng)過步驟(2)修正后的觀測初始時刻對應(yīng)的地心慣性系；

(4)利用地球自轉(zhuǎn)模型將各幀星圖中的導(dǎo)航星矢量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為各個虛擬地心慣性系下的矢量坐標(biāo)；

(5)對經(jīng)過步驟(4)處理的各幀星圖導(dǎo)航星矢量坐標(biāo)進行大氣折射修正，建立各幀星圖導(dǎo)航星矢量矩陣；

(6)對各幀星圖恒星觀測矢量陣以及經(jīng)過步驟(5)建立的各幀星圖導(dǎo)航星矢量矩陣，利用QUEST算法求解出第一幀星圖的姿態(tài)真值；

(7)根據(jù)步驟(6)得到的第一幀星圖的姿態(tài)真值和地球自轉(zhuǎn)模型，按照坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)關(guān)系，遞推出后續(xù)各幀星圖的姿態(tài)真值；

(8)計算各幀星圖姿態(tài)真值對應(yīng)的坐標(biāo)軸和姿態(tài)實測值對應(yīng)的坐標(biāo)軸之間的夾角誤差，利用“畫圓法”計算出短周期項誤差；

(9)計算短周期項誤差的功率譜密度分布，按照功率譜密度分布將短周期項誤差劃分為低頻誤差、高頻誤差以及時域誤差，進而對低頻誤差、高頻誤差以及時域誤差的功率譜進行分段傅里葉逆變換；

(10)對低頻誤差、高頻誤差以及時域誤差對應(yīng)不同頻率帶的誤差樣本進行誤差分析，分別計算出低頻誤差、高頻誤差以及時域誤差的數(shù)值；

(11)完成測試。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度星敏感器外場精度測試方法，其特征在于：所述步驟(1)的實現(xiàn)過程為：將星敏感器放置于三軸轉(zhuǎn)臺上，將星敏感器光軸指向天頂，采集得到星敏感器輸出的姿態(tài)四元數(shù)Q及觀測星點信息集形成的星圖樣本；

姿態(tài)四元數(shù)是表征星敏測量坐標(biāo)系在慣性坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息(Q＝[Q0,Q1,Q2,Q3])；

天頂為觀測點和地心的連線與天球的交點；

觀測星點信息包含對應(yīng)星圖的曝光時刻(Ti)、星點的行列坐標(biāo)(Ui,Vi)和星點能量(Ei)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度星敏感器外場精度測試方法，其特征在于：所述步驟(2)中進行歲差補償?shù)姆椒椋?/p>

ξ＝2306.2181×t+0.30188×t²+0.017998×t³

Ζ＝2306.2181×t+1.09468×t²+0.018203×t³

θ＝2004.3109×t-0.42665×t²+0.041833×t³

t為根據(jù)儒略日計算的儒略世紀(jì)數(shù)；儒略日是指以公元前4713年1月1日格林尼治平時12時為起點，以日為單位計量的日期；儒略世紀(jì)數(shù)以100年為單位進行計量；

三個姿態(tài)歐拉角(ξ、Ζ、θ)分別表征J2000地心慣性系需要轉(zhuǎn)動的偏航角、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度星敏感器外場精度測試方法，其特征在于：所述步驟(3)得到后續(xù)各幀星圖對應(yīng)時刻的虛擬地心慣性系的方法為：記第一幀星圖時刻對應(yīng)的地心慣性系為O_xyz，各幀星圖相對于第一幀星圖時刻的時間間隔為ΔT_i，地球自轉(zhuǎn)角速度為ω，將地心慣性系O_xyz繞坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)ω×ΔTi角度后得到的坐標(biāo)系序列定義為O_xyzⁱ，O_xyzⁱ即為各幀星圖對應(yīng)的虛擬地心慣性系。