[發明專利]基于仿生偏振測角敏感器與磁強計的衛星姿態確定方法

在審

• 申請號: 202010943395.4
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112097777A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 梁健;張淳;李晗;呂爭;劉建;彭虧;徐廣德;胡洛佳;趙陽;王少林;楊東;張璐;王清泉;譚志云;梁瑞東
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

1.基于仿生偏振測角敏感器與磁強計的衛星姿態確定方法，其特征在于，包括步驟如下：

步驟一、根據仿生偏振測角敏感器原理通過光電材料構建偏振測量模型，得出太陽矢量在仿生偏振測角敏感器坐標系中的偏振方位角；

步驟二、在衛星上安裝兩個仿生偏振測角敏感器，分別測得兩個仿生偏振測角敏感器的最大偏振方向，得到太陽矢量；

步驟三、構建利用三軸磁強計測量地磁場矢量的模型，測量得到地磁場矢量；

步驟四、利用太陽矢量和地磁矢量通過雙矢量定姿得到姿態轉換矩陣，實現衛星的姿態確定。

2.根據權利要求1所述的一種基于仿生偏振測角敏感器與磁強計的衛星姿態確定方法，其特征在于，偏振測角敏感器包括兩組偏振單元，每一組偏振單元包括兩個藍色濾光片、兩個偏振方向相互正交的偏振片、兩個光敏二極管和一個對數放大器；

其中，一組偏振單元中兩個偏振片的偏振軸方向與仿生偏振測角敏感器的基準方向之間的夾角分別為0°和90°，另一組偏振單元中兩個偏振片的偏振軸方向與仿生偏振測角敏感器的基準方向之間的夾角分別為α和90°+α；其中，0°α90°。

3.根據權利要求2所述的一種基于仿生偏振測角敏感器與磁強計的衛星姿態確定方法，其特征在于，步驟一中，根據偏振測量模型獲得太陽矢量在仿生偏振測角敏感器坐標系中的偏振方位角的測量值

偏振測量模型為：

其中，e_x、e_y為單位矢量，S_i為慣性系下的太陽矢量，為慣性坐標系到本體坐標系的姿態轉換矩陣，為本體坐標系到敏感器坐標系的姿態轉換矩陣，為仿生偏振測角敏感器的測量誤差；

表示太陽矢量在仿生偏振測角敏感器坐標系中X軸上的投影分量真值；表示太陽矢量在仿生偏振測角敏感器坐標系中Y軸上的投影分量真值。

4.根據權利要求3所述的一種基于仿生偏振測角敏感器與磁強計的衛星姿態確定方法，其特征在于，步驟二中，太陽矢量的表達式如下：

其中，仿生偏振測角敏感器A₁和仿生偏振測角敏感器A₂都固定在衛星本體上，安裝方位分別為(λ₁,θ₁)和(λ₂,θ₂)；

將衛星本體坐標系O_sX_bY_bZ_b繞Z軸旋轉λ₁角，得到坐標系O_sX′Y′Z′，再將坐標系繞O_sY′軸旋轉(90°-θ₁)角，得到仿生偏振測角敏感器A₁坐標系

將衛星本體坐標系O_sX_bY_bZ_b繞Z軸旋轉λ₂角，得到坐標系O_sX″Y″Z″，再將坐標系O_sX″Y″Z″繞O_sY″軸旋轉(90°-θ₂)角，得到仿生偏振測角敏感器A₂坐標系

表示在仿生偏振測角敏感器A₁坐標系中測量得到的偏振方位角；

表示在仿生偏振測角敏感器A₂坐標系中測量得到的偏振方位角。

5.根據權利要求4所述的一種基于仿生偏振測角敏感器與磁強計的衛星姿態確定方法，其特征在于，步驟三中，地磁場矢量B_m的表達式如下：

式中，B_g表示地理坐標系下的地磁矢量，表示從地心赤道慣性坐標系到衛星本體坐標系的姿態轉換矩陣，表示從地理坐標系到地心赤道慣性坐標系的轉換矩陣，n_b表示地磁場矢量的測量誤差。

6.根據權利要求5所述的一種基于仿生偏振測角敏感器與磁強計的衛星姿態確定方法，其特征在于，姿態轉換矩陣

其中，U_r＝[U_r1 U_r2 U_r3]，U_r3＝U_r1×U_r2；

V₁為參考坐標系中的太陽矢量，V₂為參考坐標系中的地磁場矢量，通過星歷計算得到；

其中，U_b＝[U_b1 U_b2 U_b3]，U_b3＝U_b1×U_b2，

W₁為太陽矢量在衛星本體坐標系中測量得到的相應單位矢量；W₂為地磁矢量在衛星本體坐標系中測量得到的相應單位矢量。