[发明专利]一种小视场星敏感器的单星及双星定姿方法

权利要求书

1.一种小视场星敏感器的单星及双星定姿方法，其特征是： 

步骤一：判断视场内恒星的数目，若视场内恒星数目不小于3，利用三角形算法进行识别，若识别成功，则计算并输出姿态，否则跳到步骤四； 

步骤二：若视场内恒星数目为1，利用上一时刻的姿态信息和陀螺输出信息进行星点识别，若识别成功，则结合卡尔曼滤波实时估计当前姿态，否则跳到步骤四； 

步骤三：若视场内恒星数目为2，利用上一时刻的姿态信息、陀螺输出信息和星点的亮度和位置信息进行星图识别，若识别成功，用双矢量算法计算姿态，否则跳到步骤四； 

步骤四：星图识别失败后利用陀螺信息估计当前时刻姿态。 

2.根据权利要求1所述的小视场星敏感器的单星及双星定姿方法，其特征是所述若视场内恒星数目为1，利用上一时刻的姿态信息和陀螺输出信息进行星点识别具体包括： 

步骤A：根据载体上一时刻的姿态信息和陀螺的输出信息计算载体当前时刻的姿态； 

步骤B：利用星敏感器与载体之间的安装矩阵计算星敏感器视轴的方向矢量P； 

步骤C：利用P从星表中选择落入视场中的星，并将其投影到拍摄星图中； 

步骤D：利用识别成功星点的位置信息实时估计当前姿态。 

3.根据权利要求2所述的小视场星敏感器的单星及双星定姿方法，其特征是步骤B具体包括：使用下标b代表载体坐标系，上标i代表惯性坐标系，当前时刻由陀螺计算得到的载体系到惯性坐标系的转换矩阵为用下标s代表星敏感器坐标系，则星敏感器坐标系到惯性坐标系的转换矩阵为星敏感器的视轴方向即为星敏感器坐标系的z轴方向，方向矢量P即为的第三列元素。 

4.根据权利要求2所述的小视场星敏感器的单星及双星定姿方法，其特征是步骤C具体包括：生成的投影星图中只有两颗星，拍摄星和投影星；若陀螺和星敏感器都不存在噪声，则拍摄星和其对应的投影星重合，陀螺和星敏感器的噪声在星图中体现为星点的位置噪声，从而使得拍摄星和其投影星不重合；设陀螺按照载体三轴安装，其漂移为1°/h，星敏感器更新周期为1秒，则由陀螺漂移引入的噪声为星敏感器噪声为3，则总的噪声为而在星图预处理时，星点之间的最小间距大于5个像素，当视场大小为4°×4°，像素为512×512时，此间距大约对应0.04°＞＞0.0013°，即陀螺漂移和星敏感器噪声产生的星点位置噪声要小于星图中星点之间的间距，将星点最小间距值d作为验证的基础条件；若只有拍摄星和投影星时，计算两颗星的欧拉距离，若其小于d，则认为投影星为该拍摄星的对应星；由于噪声的原因，偶尔会出现星图中出现多颗投影星的情况，此时在投 影星图中计算拍摄星和每颗投影星之间的欧拉距离，距离最小的星若满足上述基础条件，则它就是拍摄星的对应星；若星图中没有投影星则此次星图识别失败。 

5.根据权利要求2所述的小视场星敏感器的单星及双星定姿方法，其特征是步骤D具体包括：根据四元数姿态动力学，建立如下的状态方程 

其中，q＝[q₀  q₁  q₂  q₃]为载体的姿态四元数，M(ω)具体形式如下 

其中，ω_x、ω_yω_z为陀螺的测量值；假设拍摄星点在星敏感器坐标系中的方向矢量为p_s，其对应的投影星在地心赤道坐标系的方向矢量为p_i，建立如下的量测方程 

其中，为星敏感器的安装矩阵，C(q)为姿态四元数表示的姿态矩阵，其具体表示如下 

根据上述建立的状态方程和量测方程，利用扩展卡尔曼滤波实时估计载体当前时刻的姿态。 

6.根据权利要求1所述的一种小视场星敏感器的单星及双星定姿方法，其特征是所述若视场内恒星数目为2，利用上一时刻的姿态信息、陀螺输出信息和星点的亮度和位置信息进行星图识别具体包括： 

步骤E：根据载体上一时刻的姿态信息和陀螺的输出信息计算载体当前时刻的姿态； 

步骤F：利用星敏感器与载体之间的安装矩阵计算星敏感器视轴的方向矢量P； 

步骤G：利用P从星表中选择落入视场中的星，并将其投影到拍摄星图中； 

步骤H：星图识别成功以后利用双矢量算法计算载体姿态。