[发明专利]基于宽频测量的卫星高精度姿态确定方法及系统

权利要求书

1.一种基于宽频测量的卫星高精度姿态确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

完成对陀螺、星敏感器、角位移传感器的输出采样，并对采样得到的陀螺数据进行预处理，消除陀螺输出的高频噪声；

对陀螺数据进行低通滤波，依上一拍惯性测量组件的估计值，递推当前陀螺预估姿态信息；

计算当前拍惯性测量组件的姿态估计值；

得到惯性测量组件的姿态估计值后，解算出姿态校正信号，具体方法是：将惯性测量组件的姿态估计值与上一拍宽频姿态估计值之间求偏差，将此偏差信号依次通过低通滤波器、控制器，产生具有低频特性的姿态校正信号；

得到姿态校正信号后，结合角位移传感器的测量值，解算出姿态矩阵，进而解算出姿态角。

2.根据权利要求1所述的基于宽频测量的卫星高精度姿态确定方法，其特征在于，递推当前陀螺预估姿态信息的方法是：设采集的陀螺数据序列x_i(n)，扣除陀螺漂移b后，得到的序列为X_i(n)，经过滤波后输出的序列为Y_n，滤波递推方程为：

式中T取0.2，τ取0.1，n＝1,2,…，i＝x,y,z，此后由Y_i(n)，计算陀螺预估姿态q_G,j(n)j＝0,1,2,3，计算方程如下：

3.根据权利要求1所述的基于宽频测量的卫星高精度姿态确定方法，其特征在于，计算当前拍惯性测量组件的姿态估计值的方法是：将当前拍星敏感器的输出与当前陀螺预估姿态之间的偏差作为测量值，计算出星敏感器和陀螺组成的惯性测量组件输出的姿态四元数，将姿态四元数解算出姿态角。

4.根据权利要求3所述的基于宽频测量的卫星高精度姿态确定方法，其特征在于，将姿态四元数解算出姿态角的方法是：设星敏感器的输出序列记为q_S,k(n)，k＝0,1,2,3，定义姿态偏差四元数为Δq_e,k(n)，k＝0,1,2,3，偏差四元数的观测值Z_l(n)，l＝0,1,2,3：

陀螺预估姿态q_G,j(n)j＝0,1,2,3，

用下式递推Δq_e,k(n)的矢量部分及陀螺的常值漂移增量：

Δq_e,k(n)的标量为：

则仅由陀螺和星敏数据估计出的卫星姿态四元数q为：

陀螺常值漂移修正方程：

将姿态四元数转换成姿态角：

θ_X＝arcsin(2(q₁q₂+q₀q₃))

5.根据权利要求1所述的基于宽频测量的卫星高精度姿态确定方法，其特征在于，所述低通滤波器为3阶巴特沃斯滤波器，所述控制器为比例系数为0.1、积分系数为10、微分系数为0.01的控制器。

6.根据权利要求1所述的基于宽频测量的卫星高精度姿态确定方法，其特征在于，惯性姿态组件的姿态估计值与上一拍宽频姿态信息的估计值求偏差的方法是：偏差记为Δθ_m(n)，其中m＝X、Y、Z，n＝1,2,3,…，校正信号用下式估计：

θ_Cm(n)＝0.5662Δθ_m(n-1)+0.09154Δθ_m(n-2)-0.1261Δθ_m(n-3)-0.02205Δθ_m(n-4)+3.39θ_Cm(n-1)-4.336θ_Cm(n-2)+2.479θ_Cm(n-3)

其中i＝x,y,z，递推时n＝5,6,7…，递推前时刻需赋值的量均固定赋0.1，递推一定时间收敛。