[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

本發明公開一種基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法及系統，包括：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；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。同時公開一種用于實現上述方法的系統。本發明突破了慣性姿態測量系統的局限，使得衛星姿態測量的帶寬得到提高；通過多敏感器信息融合方法，提高了姿態確定系統的精度。

技術領域

本發明涉及衛星寬頻高精度姿態確定技術，具體地，涉及一種基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法。

背景技術

為保證在軌衛星的精確控制性能，需要利用多種敏感器完成衛星本體相對姿態基準的高精度測量，以保證姿態確定的性能，最終將姿態確定的結果輸出，為控制量的生成提供基礎。為實現相關功能，星載計算機需要進行姿態測量敏感器的輸出采樣、多源信息融合算法等操作。

目前國內在軌運行的高精度三軸穩定衛星中，一般均采用陀螺和星敏感器組成的高精度姿態測量系統，通過衛星的運動學規律建立狀態方程，將陀螺和星敏感器的輸出通過一定的信息融合算法，獲取衛星的姿態信息。受慣性敏感器響應帶寬的局限，當高頻姿態擾動不可忽略時，需要利用具有高帶寬響應特性的姿態測量敏感器提供姿態信息。

此外，國內一種具有高通特性的姿態敏感器件角位移傳感器的成功研制，彌補了慣性測量單元帶寬不足的缺陷，使得高帶寬姿態信息測量成為現實，但其缺點是對低頻信號復現能力差。

隨著三軸穩定衛星控制精度要求的不斷提高，需要在設計階段確定衛星穩態運行的姿態測量方法，研究一種基于多敏感器信息融合理論的寬頻姿態確定方法。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法，通過增加一種能敏感高頻姿態信息的敏感器，能夠在傳統慣性姿態測量系統的基礎上，實現500Hz以下的姿態信息測量，通過信息融合方法，提高三軸穩定衛星姿態確定的精度。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于寬頻測量的衛星高精度姿態確定方法，包括如下步驟：

衛星在穩態模式下，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扣除常值漂移；

對陀螺數據進行低通濾波，消除陀螺輸出的測量噪聲，陀螺數據處理完成后，利用衛星的姿態運動學方程，結合上一拍慣性測量組件估計的姿態，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；

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。

以姿態偏差四元數和陀螺的常值漂移增量作為狀態量，求星敏感器輸出與陀螺遞推出的姿態偏差，以此偏差為測量值；根據姿態偏差的傳遞規律，預測狀態量的預測值；此后，根據陀螺、星敏感器的測量模型，計算當前拍慣性測量組件的姿態估計值。

將慣性測量組件的姿態估計值與姿態確定系統的姿態輸出值求偏差，將此偏差信號依次通過低通濾波器、控制器，產生姿態校正信號；

以姿態校正信號和角位移傳感器的測量值為輸入，解算出姿態矩陣，進而解算出姿態角。

本發明采用的方法與現有技術相比，其優點和有益效果是：