[发明专利]基于罗德里格斯参数的星敏感器几何线性姿态确定方法

说明书

一种基于罗德里格斯参数的星敏感器几何线性姿态确定方法，该方法基于姿态旋转几何分析，建立参考矢量、方位矢量、姿态参数之间的线性投影关系，通过优化的误差评估准则获得最小估计误差下的姿态估计结果，并进一步采用预旋转方法消除计算奇异，从而建立基于罗德里格斯参数的几何线性姿态确定方法。本发明可以很好的快速估计载体姿态，并具有形式简单、计算量小、便于递归扩展等优点，可以满足星敏感器姿态测量数据处理需要。

技术领域

本发明涉及的是一种卫星定位领域的技术，具体是一种基于罗德里格斯参数的星敏感器几何线性姿态确定方法。

背景技术

面向轻质化、小型化敏捷卫星对地观测多种扫描模式，提出适应快速机动的几何线性姿态确定方法，为星体姿态敏捷机动提供精确的测量数据，具有重要的应用价值。姿态确定是星敏感器数据处理的重要环节，其输出结果直接利用在姿态控制、遥感应用计算中。目前国际上普遍采用上世纪八十年代提出的四元数估计方法，需要求解迭代求解一元四次方程的根，计算量较大。因此提出新的快速线性姿态确定方法来解决敏捷机动下的姿态测量是十分必要的。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104020671A公开(公告)日2014.09.03，公开了一种量测干扰下用于飞行器姿态估计的鲁棒递推滤波方法。该技术包括：采集飞行器运动过程中陀螺与星敏感器的输出数据；建立量测干扰下基于姿态四元数的飞行器非线性状态空间模型；进行时间更新，求得一步状态预测和预测方差的上界；进行鲁棒递推滤波量测更新，求得最优的滤波增益，进而求出k+1时刻的状态估计值和方差的上界，将k+1时刻的状态估计中四元数部分进行强制的归一化约束；输出姿态四元数及陀螺漂移的结果，完成姿态估计。该技术采用基于最小方差的鲁棒滤波设计，能够实现在最小方差意义下最优滤波增益设计，有利用提高系统的姿态估计精度。但该技术无法解决的技术问题包括：1、该方法基于飞行器运动状态方法来解决姿态估计问题，但并没有从考虑测量矢量和参考矢量之间的几何关系，以及利用这种关系来建立新的方法以提高姿态估计精度；2、鲁棒递推滤波方法计算量大，且存在飞行器运动建模不准确、传感器噪声特性难以获取等问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于罗德里格斯参数的星敏感器几何线性姿态确定方法，可以很好的快速估计载体姿态，并具有形式简单、计算量小、便于递归扩展等优点，可以满足星敏感器姿态测量数据处理需要。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明基于姿态旋转几何分析，建立参考矢量、方位矢量、姿态参数之间的线性投影关系，通过优化的误差评估准则获得最小估计误差下的姿态估计结果，并进一步采用预旋转方法消除计算奇异，获得非奇异的辅助姿态并最终得到星敏感器的最优估计姿态。

所述的方位矢量通过采集星敏感器的图像处理信息获得。

所述的姿态旋转几何分析是指：根据欧拉旋转理论，姿态余弦矩阵R与旋转轴a、旋转角θ之间满足：R(a,θ)＝cosθI₃+(1-cosθ)aa^T-sinθ[a^×]，其中：[a^×]为旋转轴a生成的斜对称矩阵，

所述的线性投影关系是指：在观测坐标系中，参考矢量和测量矢量在旋转轴上的投影相等、姿态罗德里格斯参数g与y轴垂直以及x轴与姿态罗德里格斯参数g的叉乘等于y轴。

所述的观测坐标系为右手正交坐标系，具体为：对于惯性系下的参考矢量r以及在星敏感器本体系中的测量矢量b，构建观测坐标系坐标轴的长度为对应所述的线性投影关系具体是指：即如图1所示。