[發明專利]基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法及系統

有效

• 申請號: 201510559211.3
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN105180946B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 肖東東;朱慶華;祖立業;顧玥;操宏磊
• 申請（專利權）人: 上海新躍儀表廠
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/16;G01C21/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中;樊昕

1.一種基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

完成對陀螺、星敏感器、角位移傳感器的輸出采樣，并對采樣得到的陀螺數據進行預處理，消除陀螺輸出的高頻噪聲；

對陀螺數據進行低通濾波，依上一拍慣性測量組件的估計值，遞推當前陀螺預估姿態信息；

計算當前拍慣性測量組件的姿態估計值；

得到慣性測量組件的姿態估計值后，解算出姿態校正信號，具體方法是：將慣性測量組件的姿態估計值與上一拍寬頻姿態估計值之間求偏差，將此偏差信號依次通過低通濾波器、控制器，產生具有低頻特性的姿態校正信號；

得到姿態校正信號后，結合角位移傳感器的測量值，解算出姿態矩陣，進而解算出姿態角。

2.根據權利要求1所述的基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法，其特征在于，遞推當前陀螺預估姿態信息的方法是：設采集的陀螺數據序列x_i(n)，扣除陀螺漂移b后，得到的序列為X_i(n)，經過濾波后輸出的序列為Y_n，濾波遞推方程為：

式中T取0.2，τ取0.1，n＝1,2,…，i＝x,y,z，此后由Y_i(n)，計算陀螺預估姿態q_G,j(n)j＝0,1,2,3，計算方程如下：

3.根據權利要求1所述的基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法，其特征在于，計算當前拍慣性測量組件的姿態估計值的方法是：將當前拍星敏感器的輸出與當前陀螺預估姿態之間的偏差作為測量值，計算出星敏感器和陀螺組成的慣性測量組件輸出的姿態四元數，將姿態四元數解算出姿態角。

4.根據權利要求3所述的基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法，其特征在于，將姿態四元數解算出姿態角的方法是：設星敏感器的輸出序列記為q_S,k(n)，k＝0,1,2,3，定義姿態偏差四元數為Δq_e,k(n)，k＝0,1,2,3，偏差四元數的觀測值Z_l(n)，l＝0,1,2,3：

陀螺預估姿態q_G,j(n)j＝0,1,2,3，

用下式遞推Δq_e,k(n)的矢量部分及陀螺的常值漂移增量：

Δq_e,k(n)的標量為：

則僅由陀螺和星敏數據估計出的衛星姿態四元數q為：

陀螺常值漂移修正方程：

將姿態四元數轉換成姿態角：

θ_X＝arcsin(2(q₁q₂+q₀q₃))

5.根據權利要求1所述的基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法，其特征在于，所述低通濾波器為3階巴特沃斯濾波器，所述控制器為比例系數為0.1、積分系數為10、微分系數為0.01的控制器。

6.根據權利要求1所述的基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法，其特征在于，慣性姿態組件的姿態估計值與上一拍寬頻姿態信息的估計值求偏差的方法是：偏差記為Δθ_m(n)，其中m＝X、Y、Z，n＝1,2,3,…，校正信號用下式估計：

θ_Cm(n)＝0.5662Δθ_m(n-1)+0.09154Δθ_m(n-2)-0.1261Δθ_m(n-3)-0.02205Δθ_m(n-4)+3.39θ_Cm(n-1)-4.336θ_Cm(n-2)+2.479θ_Cm(n-3)

其中i＝x,y,z，遞推時n＝5,6,7…，遞推前時刻需賦值的量均固定賦0.1，遞推一定時間收斂。