[發明專利]一種利用陀螺修正星敏感器軌道周期系統誤差的方法

有效

• 申請號: 201610950838.6
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN106568436B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 尹海寧;葉立軍;袁彥紅;冉玉萍;朱文山;王世耀;邵志杰;孫錦花;李利亮;李圣文
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C21/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種利用陀螺修正星敏感器軌道周期系統誤差的方法，步驟為：(1)構建補償差值表；所述的插值補償表用于存儲星敏感器三軸姿態系統誤差和航天器所處軌道相位的關系；(2)利用星敏感器的姿態對陀螺的常值漂移進行修正；(3)采用陀螺積分值來辨識星敏感器軌道周期系統誤差，并對補償差值表進行更新；(4)查找更新后的補償差值表，將星敏感器三軸姿態直接扣除補償差值表中對應的值，得到不含系統誤差的星敏感器三軸姿態。本發明方法解決了星敏感器系統誤差無法被在軌實時辨識及修正的技術問題，提升了星敏感器系統誤差修正的實時性和精確性，減輕了地面人員的工作量。

技術領域

本發明屬于航天器控制領域，涉及一種航天器姿軌控系統中星敏感器系統誤差的在軌辨識與實時補償方法。

背景技術

星敏感器的工作原理是通過對星空進行拍照，提取星點與其內置的星庫進行比較，獲得星敏感器在慣性空間中的高精度姿態信息。星敏感器本身的測量精度很高，作為航天器姿軌控系統的關鍵測量部件，其測量精度直接決定了航天器平臺的姿態確定精度。

但是，星敏感器屬于艙外單機，其光照和熱控環境比較惡劣，受制于星敏感器安裝面的熱變形、星敏感器本身結構的熱變形以及星圖匹配因素等影響，星敏感器測量的系統誤差主要表現為軌道周期不規則交變的形式。由于航天器軌道在慣性空間中緩慢進動，航天器光照條件、航天器和星敏感器的熱變形、星敏感器視場掃描星空區域以及軌道周期本身等均是緩慢變化的，因此，星敏感器的軌道周期系統誤差也是緩慢變化的。要提升航天器姿態測量精度，需對星敏感器軌道周期系統誤差進行精確的補償。

陀螺測量精度非常高，一般陀螺短時間內積分誤差遠高于星敏測量精度。但由于工藝等因素影響，陀螺不可避免存在常值漂移系統誤差，這大大約束了采用高精度陀螺積分作為航天器姿態基準的應用前提。

采用高精度陀螺作為航天器基準的前提是將陀螺常值漂移系統誤差控制在一個極小的范圍內。雖然星敏感器存在軌道周期系統誤差，但在相同的軌道位置，星敏感器測量系統的誤差變化極小(可近似認為是0)，基于此原理，可以消除星敏感器修正陀螺時由于星敏感器熱變形等系統誤差帶來的陀螺常值漂移修正誤差。

此外，陀螺的安裝約束比星敏感器少很多，對于某些精度要求較高的載荷，可將高精度陀螺與平臺高精度載荷共基準安裝，將由于熱控和熱變形等因素對姿態指向精度的影響減至最小，因此高精度陀螺更適合作為航天器的姿態基準。

目前還沒有采用高精度陀螺對星敏軌道周期系統誤差進行在線補償的公開技術。現有公開文獻中，專利《一種基于星敏的地平儀系統誤差在線補償的方法》(授權號：ZL201310266392.1)中，以星敏感器為基準，系統可以在線識別地平儀軌道周期系統誤差并在線補償，但要對星敏感器軌道周期系統誤差進行補償，需要精度更高的姿態基準，此專利中并未涉及。現有對星敏感器軌道周期系統誤差補償，普遍的做法是將陀螺和(或)載荷數據下傳至地面，地面經過事后處理識別出星敏感器的系統誤差，并將此系統誤差進行曲線擬合，再上注至星載計算機。這種做法弊端如下:1.不能在線實時識別并補償星敏的軌道周期系統誤差，對星敏感器軌道周期系統誤差的精度低；2.需要地面干預，地面工作量大，可靠性相對較差。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種利用陀螺修正星敏感器軌道周期系統誤差的方法，解決了星敏感器系統誤差無法被在軌實時辨識及修正的技術問題，提升了星敏感器系統誤差修正的實時性和精確性，減輕了地面人員的工作量。

本發明的技術解決方案是：一種利用陀螺修正星敏感器軌道周期系統誤差的方法，包括如下步驟：

(1)構建補償差值表；所述的插值補償表用于存儲星敏感器三軸姿態系統誤差和航天器所處軌道相位的關系，所述的軌道相位采用軌道鐘描述，軌道鐘是控制系統星載軟件步長t_s的整數倍，軌道鐘以軌道上的某個點為起點，以t_s為單位進行累加積分，待積分到剛好一個軌道周期時軌道鐘清零，重新開始累加；