[發明專利]一種基于安裝矩陣行列式的最優陀螺組合選取及解算角速度的方法

在審

• 申請號: 201710334382.5
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107084720A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 李利亮;劉川;鄭夢興;孫尚;張艷召
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 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

技術領域

本發明屬于衛星姿態確定技術領域，涉及一種陀螺組合優選的方法，具體涉及一種基于安裝矩陣行列式的最優陀螺組合選取及解算角速度的方法。

背景技術

陀螺用于敏感衛星的慣性角速度，是衛星姿態確定系統中主要的慣性測量部件。鑒于其重要性，衛星上通常會采用冗余配置。同時為了提高備份能力，一般各個陀螺表頭的安裝位置各不相同，比如采用金字塔構型或者五棱錐構型等等。當可用的陀螺表頭個數超過三個時，則多個表頭之間存在解析冗余，即選用其中的任意三個表頭即可確定出衛星三軸角速度，但由于陀螺表頭存在角度隨機游走等誤差，因此不同陀螺組合解算出的衛星三軸角速度存在偏差。為了達到高精度姿態確定的目的，需要選出偏差相對較小的陀螺組合用于衛星三軸角速度解算。

根據國內外已發表的相關文獻可知，目前對于存在解析冗余的陀螺組件解算衛星三軸角速度的方法有：(1)使用基于擴展卡爾曼濾波算法選擇出性能最優的三個表頭，參與解算；(2)使用最小二乘算法，使多個表頭均參與解算。

但是，上述方法均存在一定的局限性，比如使用擴展卡爾曼濾波算法需要星敏感器的配合，若星敏感器與陀螺組件的精度相差較大或者星敏感器不能輸出有效數據時，則該算法將會失效；另一種方案中，多個表頭均參與解算的方法，雖然充分利用了所有的測量信息，但是算法復雜，計算量偏大，對星載軟件的運行時間有明顯的影響，不適合衛星在軌使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于安裝矩陣行列式的最優陀螺組合選取及解算角速度的方法，該方法解決了現有陀螺組件存在冗余表頭時無法選取性能最優的陀螺組合參與解算衛星三個坐標軸的角速度的問題，能夠簡單快速地選出最優的陀螺組合，并計算出衛星三個坐標軸的角速度。

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于安裝矩陣行列式的最優陀螺組合選取方法，該方法包含：

步驟1：將陀螺組件中可用的n個陀螺表頭劃分成多組備選陀螺組合，每組含有三個安裝位置各不相同的陀螺表頭；其中，n為自然數，n≥3；

步驟2：在每組備選陀螺組合中，根據陀螺表頭分別與衛星本體坐標系的三個坐標軸的夾角，確定每組備選陀螺組合的安裝矩陣A_n；

步驟3：解算出每組備選陀螺組合安裝矩陣A_n的行列式det(Α_n)；

步驟4：確定安裝矩陣的行列式det(Α_n)的評價函數，將評價函數r_n按照數值大小排序，r_n值最大的陀螺組合為最優陀螺組合。

其中，在步驟4中，所述的評價函數r_n＝|det(Α_n)|。

在步驟2中，將任意一備選陀螺組合中的三個陀螺表頭分別用i、j、k表示，i陀螺表頭與衛星本體坐標系的X、Y、Z軸的夾角分別用α_ix、α_iy、α_iz表示，j陀螺表頭與衛星本體坐標系的X、Y、Z軸的夾角分別用α_jx、α_jy、α_jz表示，k陀螺表頭與衛星本體坐標系的X、Y、Z軸的夾角分別用α_kx、α_ky、α_kz表示，安裝矩陣

本發明還提供了一種基于安裝矩陣行列式解算角速度的方法，該方法通過如所述的基于安裝矩陣行列式的最優陀螺組合選取方法獲得最優陀螺組合，將最優陀螺組合的三個陀螺表頭分別用i'、j'、k'表示，對應的陀螺角速度分別用ω_i'、ω_j'、ω_k'表示，投影至衛星本體坐標系下的三個坐標軸的三軸角速度分別用ω_x'、ω_y'、ω_z'表示，所述的三軸角速度ω_x'、ω_y'、ω_z'為：

本發明的基于安裝矩陣行列式的最優陀螺組合選取及解算角速度的方法，解決了現有陀螺組件存在冗余表頭時無法選取性能最優的陀螺組合參與解算衛星三個坐標軸的角速度的問題，具有以下優點：

(1)本發明的方法不需要借助于其他單機(如星敏感器)的配合即可完成最優陀螺組合的選擇，獨立性強，應用場合更加廣泛；

(2)本發明的方法以安裝矩陣行列式作為優選的標準，具有理論依據，量化且客觀，避免了以往陀螺存在解析冗余時按照經驗選擇的主觀性；