[發(fā)明專利]一種基于雙波束激光實時測量的星敏感器標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110515754.0
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113252074B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 齊凱華;萬松;劉琦;李曉紅;李敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院;上海微小衛(wèi)星工程中心
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/02
• 代理公司: 上海智晟知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)控制技術領域，提出了一種基于雙波束激光實時測量的星敏感器標定方法，包括：由激光發(fā)射和折返系統(tǒng)將激光發(fā)射源發(fā)射的兩束激光折返進入星敏感器的視場；計算所述激光在激光發(fā)射源坐標系和折返鏡坐標系中的矢量信息；計算所述激光在星敏感器坐標系中的矢量信息；計算星敏感器與激光發(fā)射源的相對姿態(tài)矩陣；以及計算星敏感器與光學載荷系統(tǒng)的相對姿態(tài)矩陣。本發(fā)明可以避免力學變形誤差和熱彈變形誤差，并且可以使姿態(tài)確定系統(tǒng)能夠在任何條件下精確測量，為航天器姿態(tài)精度的提高提供了一個新的思路。

技術領域

本發(fā)明總的來說涉及航天器姿態(tài)控制技術領域，具體而言涉及一種基于雙波束激光實時測量的星敏感器標定方法。

背景技術

航天器的姿態(tài)確定精度是航天器姿態(tài)控制的重要基礎，也是航天器執(zhí)行各類任務成功與否的關鍵。各類空間任務都對航天器的姿態(tài)確定精度提出了很高的要求，而通常情況下星敏感器是航天器各種姿態(tài)測量部件中精度最高的。

星敏感器在軌實時測量星敏光學測量坐標系相對于慣性空間的姿態(tài)信息，經(jīng)由星敏感器和光學載荷系統(tǒng)間的相對姿態(tài)矩陣轉(zhuǎn)換，得到滿足任務需求的光學載荷系統(tǒng)相對于慣性空間的姿態(tài)指向信息o現(xiàn)有星敏感器的姿態(tài)確定精度可達亞角秒級，若相對姿態(tài)信息測量精度較差則會嚴重影響姿態(tài)確定系統(tǒng)的最終測量精度。

因此，需要測量星敏感器和光學載荷系統(tǒng)間的相對姿態(tài)矩陣信息，以完成星敏感器標定?，F(xiàn)有技術中主要基于地面標定和在軌標定兩種方法測量星敏感器和光學載荷系統(tǒng)間的相對姿態(tài)信息，下面對它們作介紹。

地面標定方法：采用地面激光測量系統(tǒng)測量星敏感器安裝棱鏡和光學載荷系統(tǒng)安裝棱鏡之間的相對姿態(tài)信息并一次性寫入姿態(tài)確定軟件，測量精度為角秒級。但是在航天器入軌發(fā)射過程中會發(fā)生結構力學變形導致相對安裝信息發(fā)生較大變化，地面標定相對姿態(tài)矩陣信息精度因此變差。發(fā)射階段的力學變形達百角秒量級，因此地面標定方法無法保證航天器在軌高精度的姿態(tài)確定。

在軌標定方法：由星敏感器和光學載荷系統(tǒng)分別同時獲得相對慣性系的姿態(tài)信息，以兩者各自的姿態(tài)信息之差表示相對姿態(tài)矩陣信息。該方法通常在航天器發(fā)射入軌后進行一次或周期性在軌標定完成相對姿態(tài)矩陣信息測量，可以避免發(fā)射過程中的力學變形帶來的誤差，但標定周期內(nèi)航天器的熱彈變形引入的誤差無法消除，也限制了星敏感器高精度定姿能力。熱彈變形導致的定姿誤差達十角秒量級，嚴重影響了高精度姿態(tài)測量。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中進行星敏感器姿態(tài)測量時，航天器發(fā)射階段的力學變形和在軌階段的熱彈變形會引入誤差項的問題，本發(fā)明提出一種基于雙波束激光實時測量的星敏感器標定方法包括下列步驟：

由激光發(fā)射和折返系統(tǒng)將激光發(fā)射源發(fā)射的第一激光以及第二激光折返進入星敏感器的視場，其中所述激光發(fā)射和折返系統(tǒng)包括激光發(fā)射源和折返鏡；

根據(jù)激光發(fā)射和折返系統(tǒng)的安裝信息計算所述激光在激光發(fā)射源坐標系和折返鏡坐標系中的矢量信息；

根據(jù)所述激光在星敏感器的敏感面上的激光成像位置信息計算所述激光在星敏感器坐標系中的矢量信息；

根據(jù)所述激光在激光發(fā)射源坐標系、折返鏡坐標系和星敏感器坐標系中的矢量信息計算星敏感器與激光發(fā)射源的相對姿態(tài)矩陣；以及

根據(jù)星敏感器與激光發(fā)射源的相對姿態(tài)矩陣和光學載荷系統(tǒng)與激光發(fā)射源的相對姿態(tài)矩陣計算星敏感器與光學載荷系統(tǒng)的相對姿態(tài)矩陣。

在本發(fā)明一個實施例中規(guī)定，根據(jù)激光發(fā)射和折返系統(tǒng)的安裝信息計算所述激光在激光發(fā)射源坐標系和折返鏡坐標系中的矢量信息包括下列步驟：