[发明专利]一种星敏感器四元数的仿真分析方法

说明书

一种星敏感器四元数的仿真分析方法，(1)使用仿真工具建立卫星，设置卫星的初始轨道根数；(2)获取限定时间周期内卫星的轨道根数和卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置；(3)计算卫星观测时刻的滚动角；(4)计算限定时间周期内卫星的偏流角；(5)计算限定时间周期内星敏感器测量坐标系相对于J2000惯性坐标系的姿态矩阵；(6)计算星敏感器四元数。本发明不依赖于过多假设、考虑卫星多种在轨任务姿态模式，使用数值计算的方法对星敏感器四元数进行仿真分析，解决了星敏感器姿态测量功能和性能的高精度分析验证问题。另外，本发明方法还可作为一种星敏感器姿态测量数据的判读方法，解决了实时动态变化的姿态测量数据无法精确判读的问题。

技术领域

本发明涉及一种采用仿真分析获取卫星星敏感器四元数的方法，属于卫星姿态与轨道控制领域。

背景技术

近年来，随着卫星技术的迅速发展，对其定位精度的要求也越来越高，作为保证卫星高姿态精度和高姿态稳定度的姿态测量敏感器的技术研究也越来越迫切。星敏感器是卫星姿态控制系统中的重要测量部件，也是当前广泛应用的光学姿态敏感器；它以太空中的恒星作为姿态测量的参考源，输出敏感器光轴在惯性参考系中的指向。星敏感器具有姿态确定精度高、无可动部件、可靠性高等优点，可适用于各种轨道应用。

目前，光学遥感卫星对星敏感器姿态测量数据的使用，不仅用于确定对地姿态，更重要的作用是将星敏感器四元数作为图像辅助数据插入到相机图像中，下传给用户用于确定相机惯性姿态，从而高精度确定地面目标。地面用户对星敏感器和陀螺测量的姿态数据进行Kalman滤波，可以保证拥有较高精度的低频星敏感器数据和高频陀螺数据融合后在短时间间隔内具有较高的精度，这样将融合后的姿态数据用于图像定位将大大提高图像的定位精度。

随着光学遥感卫星成像分辨率和成像质量要求的提高，进行精确的星敏感器原始测量数据分析验证，已经逐渐成为遥感卫星总体的必要工作。星敏感器是卫星非常关键的部件，其功能和性能将直接关系到遥感卫星的成像质量、图像定位精度、相机成像空间指向精度等星地一体化指标的实现。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种计算精度较高、不依赖于过多假设、考虑卫星多种在轨任务姿态模式，使用数值计算的方法对卫星正常对地姿态、滚动姿态机动模式的星敏感器四元数进行仿真分析的方法。

本发明的技术解决方案是：一种星敏感器四元数的仿真分析方法，步骤如下：

(1)使用仿真工具建立卫星，设置卫星的初始轨道根数；

(2)根据步骤(1)所建立的卫星及设置的初始轨道根数，获取限定时间周期内卫星的轨道根数和卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置R_sat(t)；

(3)根据步骤(2)所得的卫星轨道位置R_sat(t)和需要观测的地面目标点大地经纬度[Lon_d,Lat_d]，计算卫星观测时刻的滚动角；

(4)根据步骤(3)计算的卫星观测时刻滚动角、步骤(2)所得的限定时间周期内卫星轨道根数，计算限定时间周期内卫星的偏流角；

(5)根据步骤(3)计算的卫星观测时刻滚动角、步骤(4)计算的限定时间周期内卫星偏流角、步骤(2)所得的限定时间周期内卫星轨道根数，计算限定时间周期内星敏感器测量坐标系相对于J2000惯性坐标系的姿态矩阵；

(6)根据步骤(5)计算的限定时间周期内星敏感器测量坐标系相对于J2000惯性坐标系的姿态矩阵，计算星敏感器测量坐标系相对于J2000惯性坐标系的星敏感器四元数。

所述步骤(3)具体实现步骤如下：