[發(fā)明專利]一種提高星敏感器和陀螺在軌聯(lián)合濾波精度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110767452.2
• 申請(qǐng)日: 2021-07-07
• 公開（公告）號(hào): CN113686334B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王新;吳敬玉;郭思巖;鐘超;陳撼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01C21/18
• 分類號(hào): G01C21/18;G01C21/02
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 張妍;朱成之

1.一種提高星敏感器和陀螺在軌聯(lián)合濾波精度的方法，其應(yīng)用于衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于，包括：

步驟S1：獲取陀螺測(cè)量的衛(wèi)星三軸慣性角速度，根據(jù)所述慣性角速度，得到衛(wèi)星姿態(tài)角速度，并根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)學(xué)方程得到衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)估計(jì)值；

步驟S2：根據(jù)所述衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)估計(jì)值和由星敏感器數(shù)據(jù)計(jì)算的姿態(tài)四元數(shù)，得到姿態(tài)誤差四元數(shù)；

步驟S3：對(duì)所述衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)濾波，得到姿態(tài)誤差四元數(shù)估值和陀螺常值漂移殘差的估值，在濾波啟動(dòng)的Δt時(shí)間內(nèi)完成快速收斂，得到第一濾波結(jié)果，所述第一濾波結(jié)果不接入所述衛(wèi)星確定系統(tǒng)中；在濾波啟動(dòng)的Δt時(shí)間后更換濾波系數(shù)，得到第二濾波結(jié)果，并將所述第二濾波結(jié)果接入所述衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)中使用，

卡爾曼濾波初始啟動(dòng)后所述Δt時(shí)間內(nèi)，使用的濾波增益系數(shù)為K₁和K₁₁，得到所述Δt時(shí)間內(nèi)，濾波后所述姿態(tài)誤差四元數(shù)矢量部分估值的表達(dá)式為：

式中：e,k中e表示誤差(error)，k表示卡爾曼(Kalman)濾波；所述Δt時(shí)間內(nèi)，濾波后所述陀螺常值漂移殘差的估值的表達(dá)式為：

式中：的下標(biāo)k表示卡爾曼(Kalman)濾波；

所述Δt時(shí)間內(nèi)，濾波后所述姿態(tài)誤差四元數(shù)矢量部分估值和陀螺常值漂移殘差的估值為第一濾波結(jié)果，

所述Δt時(shí)間后，使用的濾波增益系數(shù)K₂和K₂₂，得到所述Δt時(shí)間后，濾波后所述姿態(tài)誤差四元數(shù)矢量部分的估值的表達(dá)式為：

所述Δt時(shí)間后，濾波后所述陀螺常值漂移殘差的估值的表達(dá)式為：

所述Δt時(shí)間后，濾波后所述姿態(tài)誤差四元數(shù)矢量部分的估值和所述陀螺常值漂移殘差的估值為高精度濾波估值，所述高精度濾波估值即為所述第二濾波結(jié)果；

步驟S4：對(duì)所述衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)更新，得到衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)估值更新值，根據(jù)選定的轉(zhuǎn)序，得到衛(wèi)星姿態(tài)角。

2.如權(quán)利要求1所述的提高星敏感器和陀螺在軌聯(lián)合濾波精度的方法，其特征在于，在步驟S1中，由所述陀螺測(cè)量的衛(wèi)星三軸慣性角速度ω_bi，得到衛(wèi)星三軸慣性角速度的計(jì)算值所述陀螺測(cè)量的衛(wèi)星三軸慣性角速度ω_bi與所述衛(wèi)星三軸慣性角速度的計(jì)算值之間的表達(dá)式為：

式中：k表示當(dāng)前計(jì)算周期；k-1表示前一個(gè)計(jì)算周期；

bi表示衛(wèi)星本體系b系相對(duì)于慣性系i系；

ω_bi(k)表示當(dāng)前計(jì)算周期的陀螺測(cè)量的衛(wèi)星三軸慣性角速度；

表示當(dāng)前計(jì)算周期的衛(wèi)星三軸慣性角速度的計(jì)算值；

表示陀螺常值漂移殘差(即陀螺真實(shí)常值漂移與地面標(biāo)定的常值漂移之差)的估值在本體系的三軸分量；

表示前一個(gè)計(jì)算周期的陀螺常值漂移殘差的估值在本體系的三軸分量。

3.如權(quán)利要求2所述的提高星敏感器和陀螺在軌聯(lián)合濾波精度的方法，其特征在于，由所述陀螺測(cè)量的衛(wèi)星三軸慣性角速度的計(jì)算值得到所述衛(wèi)星姿態(tài)角速度再根據(jù)所述衛(wèi)星姿態(tài)角速度得到所述衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)估計(jì)值所述衛(wèi)星姿態(tài)角速度與所述衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)估計(jì)值之間關(guān)系式為：

式中：T_S為計(jì)算周期；q₁，q₂，q₃，q₄為姿態(tài)四元數(shù)，q₄為標(biāo)量，[q₁₃×]為反對(duì)稱矩陣；

表示當(dāng)前計(jì)算周期衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)估計(jì)值；

表示前一個(gè)計(jì)算周期衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)估計(jì)值；

為關(guān)于四元數(shù)的姿態(tài)矩陣；

表示當(dāng)前周期的衛(wèi)星姿態(tài)角速度；

bo表示衛(wèi)星本體系b系相對(duì)于軌道系o系；

ω₀為常量，表示衛(wèi)星軌道角度；

為啟動(dòng)卡爾曼濾波前一拍的值；

為啟動(dòng)卡爾曼濾波前一拍的值。