[发明专利]一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星轨控过程中使用的加速度计零位偏差的标定方法，尤其适用于有关键点或是唯一窗口变轨要求的卫星的加速度计零位偏差的标定方法。

背景技术

奔月航天器轨控期间需要准确的加速度计测量信息，而加速度计测量量本身包含零位偏差和脉冲当量误差，如不考虑这些偏差将会对轨道确定产生误差。为保证轨控的准确性，星上需要对加速度计的零位偏差进行补偿。

国外诸多学者对CHAMP卫星GRACE卫星等应用的加速度计标定提出了多种方法，利用能量守恒方法进行标定最为快捷简便，另外还有利用轨迹交叉点进行加速度计标定和利用重力场模型进行标定等方法。这些方法一般考虑同时标定加速度计零位偏差和脉冲当量误差，固定一个参数，解算另一个参数，存在较大的耦合作用，且算法复杂，有时不能满足对加速度计标定精度要求较高的需求。

目前国内没有对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法。使用加速度计的卫星都是在地面进行的加速度计标定。加速度计的标定通常是在转台或分度头上进行，因而标定工作只能在试验室进行。考虑到加速度计零位偏差随温度和时间变化，仅在地面标定的加速度计偏差是不能准确反映加速度计真实偏差的。地面进行的标定只能作为加速度计零位偏差补偿的参考值，对轨控实施精度要求不严的卫星比较适用，但对于月球探测器一类的轨控窗口要求严格的卫星却不再适用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，该方法利用轨控前的恒星定向模式加速度为零的特点对加速度计零位偏差进行标定，提高了加速度计零位偏差标定的准确度。

本发明的技术解决方案是：一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，包括下列步骤：

(1)在星上设置恒星定向模式，该模式保持卫星惯性定向姿态，星体加速度为零；

(2)卫星进行变轨之前，使卫星进入恒星定向模式，将初始化为零的速度增量和时间增量进行累计，直至恒星定向模式结束；

(3)根据恒星定向模式累计的速度增量和时间增量，确定加速度计零位偏差标定值；

(4)在轨控过程中对加速度计零位偏差进行补偿；

(5)计算轨控过程中的速度增量，并将计算得到的速度增量与轨控前根据轨控需要确定的一个变轨速度增量值进行比较，若计算的速度增量大于轨控前确定的速度增量值，轨控结束，否则从步骤(4)开始执行直至轨控结束。

所述步骤(1)中的设置恒星定向模式，首先设定目标姿态，目标姿态为任一惯性姿态，然后根据敏感器输出确定卫星当前惯性姿态，最后由当前惯性姿态与目标姿态之差确定执行机构的控制量，通过执行机构控制使得恒星定向模式中的卫星姿态与目标姿态一致，达到惯性定向的目的。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)由于本发明充分利用了轨控前的恒星定向模式加速度为零的特点，与地面事先标定方法和现有技术中利用零位偏差和脉冲当量耦合估计的方法相比具有更高的准确度。

(2)由于本发明在轨控过程中对加速度计零位偏差进行补偿，保证了轨控精度。

附图说明

图1为本发明恒星定向模式设置流程图；

图2为本发明加速度计零位偏差在轨标定流程图；

图3为本发明恒星定向模式中三轴姿态角与目标角差值仿真曲线；

图4为本发明三轴动量轮角动量仿真曲线；

图5为本发明三轴喷气发动机喷气总时间仿真曲线；

图6为本发明加速度计采集到的速度增量Δv的累计值仿真曲线；

图7为本发明加速度计采集到的速度增量Δv的累计值局部放大曲线。

具体实施方式

如图1所示，为本发明设置恒星定向模式流程图，首先设定目标姿态，可将任一惯性姿态确定为目标姿态，根据敏感器输出确定卫星当前惯性姿态，卫星当前惯性姿态的确定可参考《基于星敏感器/光纤陀螺的卫星定姿算法》一文，然后由当前惯性姿态与目标姿态之差确定执行机构的控制量，通过执行机构控制使得恒星定向模式中的卫星姿态与目标姿态一致，达到惯性定向的目的。该模式选用的执行机构在控制过程中不对星体产生加速度，保证恒星定向模式中星体加速度为零，这些执行机构可为动量轮，或控制力矩陀螺，或磁力矩器，或者他们的组合；依靠执行机构角动量变化或者能量转换吸收卫星干扰力矩对星体的影响，采用这些执行机构控制可避免姿控发动机喷气控制，由于该模式中不进行姿态的喷气控制，所以可保证卫星加速度为零，为加速度计标定提供标定条件。

如图2所示，为本方法流程图，具体步骤如下：