[发明专利]一种光学成像卫星敏捷机动姿态确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星姿态确定领域。

背景技术

光学成像卫星的光学成像系统通常固定在卫星本体上，对地拍照时需要整星姿态频繁快速机动以实现对不同地区的观测，这类卫星通常需要进行大角度快速姿态机动。通常，大角度快速姿态机动也称为敏捷机动。敏捷机动过程中的姿态确定问题一直是研究的热点和难点。敏捷机动过程中的姿态确定是光学成像卫星控制精度保证的前提，是成像任务顺利完成的保障。卡尔曼滤波方法自问世以来就受到了各界的广泛关注，并已应用到多个工业领域。因其简单可靠的优点，目前卫星姿态控制系统也已广泛采用卡尔曼滤波方法进行姿态确定。但利用卡尔曼滤波方法进行姿态确定时，在卫星姿态大角度机动初期会产生大的振动，这极大程度地降低了卫星的姿态控制精度，不满足光学成像系统成像的条件，导致光学卫星成像任务无法顺利开展。

发明内容

本发明为了解决现有卫星姿态确定方法在确定计算过程中，卫星姿态大角度机动初期产生大的振动，这种振动降低了卫星的姿态控制精度，导致光学卫星成像任务无法顺利进行的问题，提出了一种光学成像卫星敏捷机动姿态确定方法。

一种光学成像卫星敏捷机动姿态确定方法包括以下步骤：

步骤一、根据卫星姿态运动学方程获得系统状态方程和观测方程；

步骤二、根据系统状态方程和观测方程获得卡尔曼滤波器的增益矩阵；

步骤三、利用卡尔曼滤波器并根据卡尔曼滤波器的滤波参数的变化实现敏捷机动姿态确定，具体实现过程为：

判断目标姿态四元数与当前计算获得姿态四元数之间的误差四元数矢量部分△q₁₃的任意一项是否大于0.01，并判断卫星姿态工作模式是否为拍照模式或者数传模式；

若误差四元数矢量部分△q₁₃的任意一项大于0.01且卫星姿态工作模式为拍照模式或者数传模式，此时卫星处于敏捷机动过程，则保存前一时刻，即k-1时刻的卡尔曼滤波器的增益矩阵K_k-1，将K_k-1作为卫星敏捷机动过程中的常值增益矩阵保持不变进行姿态确定；

若误差四元数矢量部分△q₁₃的任意一项不大于0.01或卫星姿态工作模式不为拍照模式或者数传模式，此时卫星的敏捷机动过程结束，则对不同时刻的卡尔曼滤波器的增益矩阵进行更新并循环执行步骤一和步骤二，实现对卫星敏捷机动姿态确定。

有益效果：本发明提出的确定方法通过简单的切换准则即可实现对卫星姿态进行确定，当卫星处于敏捷机动时，保存卡尔曼滤波器的增益矩阵不变，即采用常值卡尔曼滤波器确定卫星敏捷机动姿态；当卫星的敏捷机动结束时，对卡尔曼滤波器的增益矩阵进行更新从而实现对卫星姿态实时进行确定；在卫星姿态大角度机动初期时，即便产生大的振动也不会对本发明提出的确定方法造成影响，，保证了光学卫星成像任务顺利进行。

附图说明

图1为具体实施方式四所述的利用卡尔曼滤波器并根据卡尔曼滤波器的滤波参数的变化实现敏捷机动姿态确定的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一、本具体实施方式所述的一种光学成像卫星敏捷机动姿态确定方法包括以下步骤：

步骤一、根据卫星姿态运动学方程获得系统状态方程和观测方程；

步骤二、根据系统状态方程和观测方程获得卡尔曼滤波器的增益矩阵；

步骤三、利用卡尔曼滤波器并根据卡尔曼滤波器的滤波参数的变化实现敏捷机动姿态确定，具体实现过程为：

判断目标姿态四元数与当前计算获得姿态四元数之间的误差四元数矢量部分△q₁₃的任意一项是否大于0.01，并判断卫星姿态工作模式是否为拍照模式或者数传模式；

若误差四元数矢量部分△q₁₃的任意一项大于0.01且卫星姿态工作模式为拍照模式或者数传模式，此时卫星处于敏捷机动过程，则保存前一时刻，即k-1时刻的卡尔曼滤波器的增益矩阵K_k-1，将K_k-1作为卫星敏捷机动过程中的常值增益矩阵保持不变进行姿态确定；

若误差四元数矢量部分△q₁₃的任意一项不大于0.01或卫星姿态工作模式不为拍照模式或者数传模式，此时卫星的敏捷机动过程结束，则对不同时刻的卡尔曼滤波器的增益矩阵进行更新并循环执行步骤一和步骤二，实现对卫星敏捷机动姿态确定。