[發明專利]一種基于地磁計和陀螺儀的低軌衛星定姿方法

在審

• 申請號: 202011581356.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112762925A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 向高軍;王文斌;王艷峰;李濤;胡俊;楊軼;蔣博
• 申請（專利權）人: 東方紅衛星移動通信有限公司
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G01C21/18;G01C21/24
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

1.一種基于地磁計和陀螺儀的低軌衛星定姿方法，其特征在于，該方法包括：

S1：獲取低軌衛星的初始姿態參數；

S2：建立低軌衛星的軌道坐標系，采用陀螺儀測量低軌衛星在該坐標系下的衛星角速度，采用地磁計測量低軌衛星該坐標系下的地磁分量；

S3：將衛星角速度輸入到陀螺四元素姿態更新模型中，計算低軌衛星的姿態信息，得到下一時刻衛星的狀態；

S4：將低軌衛星本體坐標系下的地磁分量和低軌衛星的姿態信息輸入到地磁計姿態測量模型中，得到低軌衛星的觀測方程；

S5：采用擴展卡爾曼濾波融合算法對測量得到的觀測方程進行處理，得到低軌衛星的多點信息；

S6：通過對低軌衛星的多點信息進行迭代和濾波處理，不斷的校正低軌衛星的姿態信息；

S7：判定低軌衛星定姿任務是否結束，即是衛星是否達到既定姿態，若不滿足條件，則返回S2。

2.根據權利要求1所述的一種基于地磁計和陀螺儀的低軌衛星定姿方法，其特征在于，低軌衛星發射前初始的低軌衛星姿態參數包括：衛星橫滾角衛星俯仰角θ、衛星航向角ψ，在初始開機時由地面輔助設備確定。

3.根據權利要求1所述的一種基于地磁計和陀螺儀的低軌衛星定姿方法，其特征在于，陀螺四元素姿態更新模型為：

θ＝arcsin[2(q₀q₂-q₁q₃)]、

通過四元素計算姿態角，并利用陀螺儀角速度更新四元素；

其中，表示滾角，θ表示俯仰角，ψ表示航向角，q₀、q₁、q₂、q₃分別為四元素，ω_x、ω_y、ω_z分別為低軌衛星本體坐標下低軌衛星三軸角速度測量值。

4.根據權利要求1所述的一種基于地磁計和陀螺儀的低軌衛星定姿方法，其特征在于，姿態四元素狀態方程為：

X(k+1)＝F·X(k)+V

X(k)＝[q₀(k) q₁(k) q₂(k) q₃(k)]^T

其中，X(k)表示姿態四元素，F表示狀態轉移方程，V表示均值為零的高斯白噪聲，協方差為E{VV^T}＝R，T表示轉置，R表示姿態四元素狀態方程的協方差。

5.根據權利要求4所述的一種基于地磁計和陀螺儀的低軌衛星定姿方法，其特征在于，狀態轉移方程F的表達式為：

其中，ω_x、ω_y、ω_z分別為低軌衛星本體坐標下低軌衛星三軸角速度測量值，Δt為時間變化量。

6.根據權利要求1所述的一種基于地磁計和陀螺儀的低軌衛星定姿方法，其特征在于，地磁計姿態測量模型為：

其中，B_x、B_y、B_z分別表示測量坐標下磁強度測量值，B_bx、B_by、B_bz分別表示低軌衛星本體坐標系下的地磁分量。

7.根據權利要求1所述的一種基于地磁計和陀螺儀的低軌衛星定姿方法，其特征在于，低軌衛星的觀測方程為：

Y(k+1)＝HX(k+1)+N

其中，Y(k+1)表示測量坐標下磁強度矩陣，H表示觀測矩陣，N表示均值為零的高斯白噪聲，其協方差為E{NN^T}＝Q，T表示轉置，Q表示低軌衛星的觀測方程的協方差，B_x、B_y、B_z分別表示測量坐標下磁強度測量值。