[发明专利]一种精密编队任务下星间相对姿态确定方法

说明书

本发明公开了一种精密编队任务下星间相对姿态确定方法，包含如下步骤：S1，基于测量维数约束完成发射/接收天线布局配置设计；S2，根据星间测量信息，建立星间相对姿态关系及不依赖于卫星质心的星间相对姿态关系；S3，通过滤波算法计算星间相对状态的实时信息。本发明能够实现复杂条件下在轨实时星间相对姿态确定。

技术领域

本发明特别涉及一种精密编队任务下星间相对姿态确定方法。

背景技术

随着卫星技术的不断发展,越来越多的国家和组织都越来越倾向于利用多颗卫星组成编队卫星系统来实现空间任务目标。因此编队卫星系统控制任务越来越复杂，同时也面临着高控制精度以及自主化等方面压力。

星间相对姿态确定技术是满足精密编队星间姿态协同控制需求，保证编队控制精度的支撑技术。目前，国内外提出的星间相对姿态确定方法主要有3种：

第1种差分法，即由卫星自身携带的姿态敏感器实现单星高精度姿态确定，利用星间通信链路进行信息交互，通过简单的数学差分计算获得星间相对姿态；第2种类GPS法，即采用类GPS敏感器进行星间测量，通过滤波算法实现相对姿态确定；第3种直接法，当编队卫星之间的相对距离比较接近百米量级时，采用视觉敏感器来直接测量确定星间相对姿态。

上述3种方法，差分法本身受制于单星敏感器姿态确定精度，同时数据差分的处理方式会放大测量误差，实现星间姿态确定精度有限；现有的类GPS方法与卫星质心相耦合，星间相对姿态测量精度受制于卫星质心的在轨预估精度，特别的卫星质心的在轨预估非实时性影响星间姿态确定实时性要求。直接法受制于星间距离以及视觉敏感器的视场要求，星间姿态确定精度以及工程实践性有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种精密编队任务下星间相对姿态确定方法，实现复杂条件下在轨实时星间相对姿态确定。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种精密编队任务下星间相对姿态确定方法，其特点是，包含如下步骤：

S1，基于测量维数约束完成发射/接收天线布局配置设计；

S2，根据星间测量信息，建立星间相对姿态关系及不依赖于卫星质心的星间相对姿态关系；

S3，通过滤波算法计算星间相对状态的实时信息。

所述的步骤S1中发射天线和接收天线数量为2个。

所述的步骤S2具体包含：

S2.1，建立不依赖于卫星质心的星间相对姿态状态关系式：

ρ_ij＝R+Mr_2j-r_1i (1)

其中i＝1,2，j＝1,2，R为辅星已知基准点相对于主星已知基准点的位置矢量，ρ_ij为主星第i个发射天线到辅星的第j个接收天线的距离，r_1i为主星第i个发射天线相对主星已知基准点在主星本体坐标系里的位置矢量，r_2j为辅星的第j个接收天线相对辅星已知基准点在辅星本体坐标系里的位置矢量，M为辅星本体坐标系相对于主星本体坐标系的姿态矩阵；

S2.2，设ψ,θ,为辅星相对主星的星间相对姿态角，则相对姿态状态关系式可表示为：

其中，ω₁，ω₂分别为主星和辅星的姿态角速度，M为辅星体坐标系到主星体坐标系的坐标变换矩阵：

其中c表示cos，s表示sin。

所述的步骤S3中采用EKF滤波器或UKF滤波器计算星间相对状态的实时信息。