[發明專利]基于雙超平臺的姿態測量方法及系統

有效

• 申請號: 201910033212.2
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109781102B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 張偉;周世宏;宋效正;鄭京良;王田野
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/20
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種基于雙超平臺的姿態測量方法及系統，包括：將運動學特性引入姿態測量模型，利用雙超平臺進行準靜態姿態測量，獲取星敏感器的測量數據；基于被測對象的運動學特性，采用平滑濾波方法對星敏感器的測量數據進行動態測量誤差修正；結合雙超平臺的動態特性，對星敏感器的測量數據按泰勒公式展開式求解，反演平滑濾波后姿態變化曲線，并進行分段多項式插值，獲取全時空內的高精度測量結果。本發明適用于“高精高穩”的雙超平臺，不依賴高性能的陀螺，僅靠星敏感器即可實現高精度姿態測量。

技術領域

本發明涉及姿態運動學領域，具體地，涉及基于雙超平臺的高精度姿態測量方法及系統。

背景技術

隨著衛星領域的不斷發展，當前衛星領域已逐步從定性的功能化要求轉變成高精度的定量化應用。姿態測量精度是代表衛星綜合性能的重要指標之一，直接決定了衛星的定量化應用水平。為了滿足量測、氣象、國防等各個領域對空間科學日益增長的技術要求，需要開展衛星高精度姿態測量方法研究。

衛星的姿態測量精度主要由姿態敏感器和高精度定姿算法決定。目前主要使用的姿態敏感器有陀螺、星敏感器、地球敏感器、太陽敏感器等。陀螺實時提供角速度信息，自主性強，不易受外界影響，但是陀螺存在漂移，角速度誤差會隨著時間不斷積累；星敏感器精度最高，但造價昂貴，測量頻率較低，且存在高頻測量噪聲。地球敏感器(如紅外地平儀)和太陽敏感器(如磁強計)成本較低，視場捕捉相對容易，但精度不高，經常作為衛星初始姿態捕獲或故障后安全模式下的姿態敏感器。

由于姿態敏感器存在各自的優缺點，為了提高姿態測量精度，常用的方法是多姿態敏感器組合定姿。當前國內外高精度衛星主流的定姿方案是星敏感器+陀螺聯合定姿。利用星敏感器的高精度修正陀螺的漂移；利用陀螺的高精度角度積分抑制星敏感器的動態測量誤差。邊志強、程衛強、薛孝補、于永江在《基于陀螺和星敏感器的衛星姿態確定算法》(見《航天器工程》，2011年，20卷第2期，頁碼29-34)一文里，介紹了一種基于陀螺和星敏感器的實時在線的擴展卡爾曼濾波算法，可實時更新更新姿態和陀螺漂移。該方法廣泛應用于各類高精度衛星，但該方法受到姿態敏感器性能的制約，并依賴高精度陀螺的測量信息。

傳統的衛星姿態測量方法不考慮被測對象的運動學特性，其測量精度由測量敏感器和聯合定姿算法決定。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于雙超平臺的高精度姿態測量方法及系統。

根據本發明提供的一種基于雙超平臺的姿態測量方法，其特征在于，包括：

準靜態姿態測量步驟：將運動學特性引入姿態測量模型，利用雙超平臺進行準靜態姿態測量，獲取星敏感器的測量數據；

動態測量誤差抑制步驟：基于被測對象的運動學特性，采用平滑濾波方法對星敏感器的測量數據進行動態測量誤差修正；

分段多項式插值步驟：結合雙超平臺的動態特性，對星敏感器的測量數據按泰勒公式展開式求解，反演平滑濾波后姿態變化曲線，并進行分段多項式插值，獲取全時空內的高精度測量結果。

較佳的，所述平滑濾波方法包括移動平均濾波方法和區間多項式擬合方法。

較佳的，所述移動平均濾波方法包括表達式：

上式中，k為離散采樣時刻，為k時刻的移動平均濾波結果，y_k為k時刻的星敏感器測量結果，2N+1為總采樣個數。

較佳的，所述區間多項式擬合方法采用二階多項式擬合。

較佳的，所述移動平均濾波方法用于離線處理，所述區間多項式擬合方法用于在線實時處理。

根據本發明提供的一種基于雙超平臺的姿態測量系統，包括：