[发明专利]一种自主恢复轨控故障时的星敏感器定姿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器轨控故障恢复过程中的卫星姿态重新确定方法。特别是经故障处理后，恢复轨控时，引入星敏感器信息重新定姿的方法。

背景技术

目前卫星变轨控制时，姿态确定一般都利用陀螺的测量信息进行姿态预估。若轨控过程中出现故障，则停止本次轨控，待故障排除后再次进行轨控，再次轨控时卫星的姿态估值已经过校正，与卫星的实际姿态是一致的。但这种方法需要较长的时间才能使卫星恢复轨控，影响故障恢复的时间，不能满足轨控窗口唯一性的要求(轨控唯一性要求是指轨控实施要及时，轨控姿态要准确)。若卫星在星上自主完成故障处理及故障恢复，则在卫星故障过程中，卫星姿态估计值可能已偏离实际姿态。在故障恢复过程中，若只靠陀螺数据进行姿态估计，卫星在一个错误初值基础上进行姿态估计，会使卫星的估计姿态与实际姿态相差较大，从而影响故障恢复和后续的轨控效果，难以满足唯一性(准确实施轨控)的要求；若姿态估计靠陀螺预估以及星敏感器修正组合完成，则与只用陀螺估计姿态相比，可以逐渐减小估计姿态和实际姿态的误差，但由于姿态修正量有限，消除估计误差的时间较长，使故障恢复的时间较长，同样会影响轨控窗口唯一性要求(及时轨控)的实现。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，针对故障恢复时卫星估计姿态与卫星实际姿态相差较大或者需要较长时间恢复姿态的情况，提出了一种星上自主恢复轨控故障时的姿态确定方法。该方法可提高轨控故障恢复的可靠性，节省故障恢复的时间，保证及时、准确地恢复轨道控制。

本发明的技术解决方案：一种自主恢复轨控故障时的星敏感器定姿方法，其特征在于包括：

(1)根据陀螺测量数据预估卫星惯性姿态；

(2)根据卫星惯性姿态和星敏感器测量输出的惯性坐标系下的光轴矢量和横轴矢量计算滤波修正所需的新息量，并计算前后两个相邻周期新息量的误差，用于判断星敏感器数据的一致性；

(3)星敏感器数据一致性判别：首先判断是否用星敏感器数据置过姿态估计的初值，若已经置过，转入步骤(5)，若未置过，则判断步骤(2)中计算的新息量的误差是否至少连续两次在允许的范围之内，如果在允许的范围之内，则转入步骤(4)，若不在允许的范围内，则转入步骤(1)，继续利用陀螺数据预估卫星的惯性姿态；

(4)星敏感器双矢量定姿：利用星敏感器光轴和横轴矢量在卫星本体坐标系和惯性坐标系下的分量，计算卫星惯性姿态，并用该结果更新卫星姿态估计的初值，设置置过初值的标志，然后转入步骤(1)，进行下一个周期的姿态预估；

(5)在星敏感器数据置过姿态估计的初值的情况下，引入星敏感器，与陀螺组合进行卫星姿态的修正。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明将星敏感器的双矢量定姿方法和陀螺星敏感器组合滤波修正方法结合使用，可及时准确地估计卫星姿态，保证卫星准确及时地实现轨控。

(2)本发明在轨控故障恢复时，首先利用星敏感器测量数据直接进行几何定姿，确定卫星姿态初值，而后再利用常规的陀螺星敏感器组合滤波方法进行姿态估计，有效地缩短了故障恢复的过程，保证了卫星故障恢复的及时和有效性。

(3)本发明通过星敏感器数据的比对，进行星敏感器数据有效性的判别，保证了星敏感器数据的正确性。

(4)本发明的方法可靠，易于星上实现。可广泛应用于各种卫星的轨道控制。特别适用于有关键点或是唯一窗口变轨要求的航天器的轨道控制，如月球探测器的第三次近地点变轨和第一次近月点制动。

附图说明

图1为本发明自主恢复轨控故障时星敏感器定姿方法流程图；

图2为采用本发明方法的仿真曲线图；

图3为采用常规方法的仿真曲线图；

其中，图2、图3的仿真曲线中，曲线1代表qw(0)、曲线2代表qw(1)、曲线3代表qw(2)，分别为卫星实际姿态四元数的矢量部分；曲线4代表q(0)、曲线5代表q(1)、曲线6代表q(2)，分别为卫星姿态四元数矢量部分的星上估计值。

具体实施方式