[发明专利]一种自旋状态下的姿态确定系统

说明书

本发明提供一种自旋状态下的姿态确定系统，它是由GPS接收天线、GPS接收机、MEMS陀螺仪和安装板组成；它们相互之间的关系是：GPS接收天线和安装板连接，固定在安装板的一侧；GPS接收机和安装板连接，固定在安装板上与GPS接收天线相反的一侧；MEMS陀螺仪和安装板连接，固定在安装板上与GPS接收机相同的一侧；本发明具有轨道确定的功能,既能确定航天器的姿态，也能确定航天器的运行轨道,它体积小、重量轻、价格低廉、集成度高，具有广泛的应用性。

技术领域

本发明提供一种自旋状态下的姿态确定系统，它涉及一种对自旋航天器进行姿态确定的方法，属于导航定位定姿技术领域。

背景技术

人造卫星等航天器已经广泛应用于人类生活的各个领域中，而航天器发挥其功能的关键是能够准确的获取航天器的姿态信息并确定航天器姿态。作为姿态确定系统的重要组成部分，航天器上的姿态敏感器和姿态确定算法的精度综合决定了姿态确定的精度。通常，人们选取不同的姿态敏感器组合配置，从而获取更高的姿态确定精度，具体的组合方式则需要根据航天器的定姿精度要求、成本、重量等因素来决定。

目前使用的集中典型的定姿系统组合有“地球敏感器+陀螺仪”、“太阳敏感器+地球敏感器+陀螺仪”、“星敏感器+陀螺仪”。其中，星敏感器精度高，但是成本较高，而且利用星敏感器定姿算法复杂，计算量大；地球敏感器受轨道影响大，无法量测偏航轴信息；太阳敏感器无法连续工作。

全球定位系统(GPS，Global Positioning System)是美国建立的一种卫星导航系统，能够为用户提供实时的三维导航服务。随着GPS应用的推广和完善，利用GPS测量数据对航天器进行精密定轨也越来越普遍，GPS接收机现在几乎已经成了航天器的标准设备。微电子机械系统(MEMS，Micro Electro Mechanical Systems)陀螺仪价格低廉、集成度高、占板面积小、灵活度高，可以为姿态确定系统提供角速度输出信息。

综上，利用单GPS接收机和MEMS陀螺仪的姿态确定系统具有巨大的研究与应用价值，其设备要求简单，体积小、集成度高、价格便低廉，具有更大的普及与实用价值。本系统利用自旋航天器GPS测量数据姿轨信息耦合的特点，可以实现利用单GPS接收机和MEMS陀螺仪确定自旋航天器姿态；同时，针对自旋航天器出现的章动运动，利用本系统的姿态确定算法能够确定有章动自旋航天器姿态；GPS测量数据包含轨道信息，可用于确定航天器的姿态，同时也能确定航天器的轨道，通过该小型化的集成系统实现姿轨确定的目的。

发明内容

(一)发明目的：本发明的目的是提供一种自旋状态下的姿态确定系统。该系统由GPS接收天线和接收机来接收GPS卫星数据，由MEMS陀螺仪输出角速度信息，通过姿态确定算法，解算出自旋航天器的姿态信息，从而到达姿态确定的目的。

(二)技术方案

本发明一种自旋状态下的姿态确定系统，是由GPS接收天线、GPS接收机、MEMS陀螺仪、安装板组成；它们相互之间的关系是：GPS接收天线和安装板连接，固定在安装板的一侧；GPS接收机和安装板连接，固定在安装板上与GPS接收天线相反的一侧；MEMS陀螺仪和安装板连接，固定在安装板上与GPS接收机相同的一侧。

所述的GPS接收天线采用自馈相四臂螺旋天线单元，它的形状构造是：下部采用锥形结构，用来与安装板连接，同时作为上部的支撑结构，上部为圆柱状结构，是天线主要部分，GPS接收天线的外壳采用透波材料，内部为金属螺旋结构；它与安装板固连，固定在安装板的一侧，在航天器上安装时在航天器的外侧，用于接收GPS卫星信号。本系统GPS接收天线采用航天通用的GPS接收天线，要求能接收GPS卫星信号，天线相位稳定度较高，材料稳定性好，能够适应空间恶劣的温度、辐照、高真空环境。