[發明專利]三軸穩定衛星不用陀螺的姿態獲取方法和系統

有效

• 申請號: 201710146943.9
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106767846B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 王新;鐘超;李小斌;陳為偉;石曉涵
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 周乃鑫

1.一種三軸穩定衛星不用陀螺的姿態獲取方法，其特征在于，該方法包含：

采用衛星姿態動力學方程作為關于衛星慣性角速度的狀態方程，采用衛星姿態角獲取值和衛星姿態運動學方程得到慣性角速度的觀測方程，通過卡爾曼獲取方法得到角速度獲取增益系數矩陣和慣性角速度獲取的誤差方差陣；

衛星在穩態運行時，衛星姿態運動學方程中慣性角速度由慣性角速度獲取值代替，衛星姿態角可以由姿態敏感器的輸出信息得到；

采用衛星姿態運動學方程作為關于衛星姿態角的狀態方程，采用星敏感器、紅外地球敏感器和數字太陽敏感器的姿態確定角得到姿態觀測方程，通過卡爾曼獲取方法得到姿態角獲取增益系數矩陣和姿態角獲取的誤差方差陣；

同時利用星敏感器、紅外地球敏感器和數字太陽敏感器的姿態確定角進行衛星姿態角的獲取，并將星敏感器姿態測量值作為基準。

2.如權利要求1所述的三軸穩定衛星不用陀螺的姿態獲取方法，其特征在于，所述衛星姿態動力學方程如式(1)：

式(1)中，h為飛輪角動量、ω為星體慣性角速度、I為星體慣量矩陣、T_d為干擾力矩；

衛星在穩態運行時，衛星姿態運動學方程可以簡化如式(2)：

ω_i(i＝x,y,z)為衛星三軸慣性角速度；為衛星三軸姿態角速度；φ，θ，ψ為衛星三軸姿態角，ω₀為衛星軌道角速度；

設r為角速度觀測誤差，則星體慣性角速度的觀測方程如式(3)：

y_r＝ω+r (3)

式(3)中y_r為星體慣性角速度的觀測值。

3.如權利要求1所述的三軸穩定衛星不用陀螺的姿態獲取方法，其特征在于，所述衛星在穩態運行時，衛星姿態運動學方程中慣性角速度由慣性角速度獲取值代替，如式(4)：

式(4)中，是慣性角速度獲取值，w_i(i＝x,y,z)表示運動學模型誤差，主要來源于角速度獲取誤差，為衛星三軸姿態角速度；φ，θ，ψ為衛星三軸姿態角，ω₀為衛星軌道角速度；

衛星姿態角可以由姿態敏感器的輸出信息得到，因此角度獲取器的觀測方程如式(5)：

x_m＝x+r_m (5)

其中，x為衛星姿態角，r_m為姿態測量誤差。

4.一種三軸穩定衛星不用陀螺的姿態獲取系統，其特征在于，該系統包含：

衛星慣性角速度獲取模塊，其采用衛星姿態動力學方程作為關于衛星慣性角速度的狀態方程，采用衛星姿態角獲取值和衛星姿態運動學方程得到慣性角速度的觀測方程，通過卡爾曼獲取方法得到角速度獲取增益系數矩陣和慣性角速度獲取的誤差方差陣；

衛星姿態確定值獲取模塊，其采用衛星姿態運動學方程作為關于衛星姿態角的狀態方程，采用星敏感器、紅外地球敏感器和數字太陽敏感器的姿態確定角得到姿態觀測方程，通過卡爾曼獲取方法得到姿態角獲取增益系數矩陣和姿態角獲取的誤差方差陣；

衛星姿態獲取模塊，其連接衛星慣性角速度獲取模塊和衛星姿態確定值獲取模塊的輸出，同時利用星敏感器、紅外地球敏感器和數字太陽敏感器的姿態確定角進行衛星姿態角的獲取，并將星敏感器姿態測量值作為基準。