[发明专利]提高星敏感器姿态测量精度的方法

说明书

本发明涉及卫星分析领域，尤其涉及提高星敏感器姿态测量精度的方法，包括：建立卫星姿态确定系统模型，从而获取卫星姿态的状态估计值；将所述状态估计值中的陀螺漂移估计值，减去均值，得到样本序列；将所述样本序列进行离散傅里叶变化，得到样本序列的频谱，并从样本序列的频谱中读取陀螺漂移估计值误差的频率；估计陀螺漂移周期性误差的振幅，从而计算星敏感器低频误差的振幅的估计值；根据陀螺漂移周期性误差的频率和星敏感器低频误差的振幅的估计值，建立星敏感器低频误差的参考模型；根据星敏感器低频误差的参考模型，更新卫星姿态的状态估计值。本发明充分考虑了星敏感器低频误差对星敏感器姿态的影响，使星敏感器姿态测量精度提高。

技术领域

本发明涉及卫星分析领域，尤其涉及提高星敏感器姿态测量精度的方法。

背景技术

高精度指向卫星广泛采用由星敏感器和陀螺组成的姿态确定系统，并采用卡尔曼(Kalman)滤波器处理测量数据，得到卫星姿态的估计值。确保卡尔曼滤波最优性的条件之一是要求系统噪声和测量噪声为高斯白噪声。在姿态确定精度要求不高的场合，将星敏感器的测量误差近似为高斯白噪声是合理的。然而，随着高分辨率对地观测卫星的发展，对卫星姿态确定精度提出了越来越高的要求，在这种情况下，将星敏感器测量误差近似为高斯白噪声进行处理的做法不能满足卫星姿态确定的精度指标要求。

事实上，星敏感器的测量误差可分为三部分，常值偏差、随机噪声和星敏感器低频误差等。其中，常值偏差可视为等效安装误差，通过在轨标定的方法进行补偿，测量随机噪声可通过滤波算法消弱，而星敏感器低频误差指的是安装在卫星上的星敏感器受冷热交变的空间热环境影响而产生的依轨道周期变化的误差，不能直接用传统的卡尔曼滤波进行处理，也很难通过一般的标定方法完全消除，是影响卫星高精度姿态确定的主要因素之一。由于星敏感器低频误差的存在，基于最优滤波理论设计的卡尔曼滤波或扩展卡尔曼滤波达不到估计误差方差最小这一设计指标，实质上是次优的。在工程应用中，星敏感器低频误差的存在往往会造成滤波算法性能下降，从而影响姿态确定的精度。

为了克服星敏感器低频误差的影响，国外已开展了相应研究。一方面，在星敏感器的设计、制造和使用过程中设法减小星敏感器低频误差，所采取的措施包括优化星敏感器结构的设计、在地面对星敏感器进行精确标定以及对星敏感器进行精确的温度控制等；另一方面，探索通过改进姿态确定算法消弱星敏感器低频误差影响的方法，具体措施包括滤波器参数优化、通过状态扩维的方式对星敏感器低频误差进行估计，以及根据地面数据处理结果对星敏感器低频误差进行补偿等。采用滤波器优化及状态扩维对星敏感器低频误差校准时，由于星敏感器观测量中同时包含卫星姿态信息和星敏感器低频误差，一般来说，星敏感器低频误差和卫星姿态运动很难区分，如果直接根据星敏感器低频误差信号分布的频段设计带通滤波器，并利用该滤波器对星敏感器观测量进行处理，那么很可能会损失部分卫星姿态变化信息；地面遥测数据处理方法的基本思路是将星敏感器和陀螺的观测量，以及其它可用信息传至地面，通过谱分析或其它数据处理手段将星敏感器低频误差项从其它误差中分离出来，根据所分离出来的误差信号建立星敏感器低频误差的数学模型，利用该模型实现对星上测量数据的修正。采用此方法时，由于星敏感器低频误差和卫星自身姿态变化及姿态敏感器的其它误差项很难完全分离，星敏感器低频误差经过补偿后不可避免还会剩余部分残差，此外误差修正的效果还需要利用在轨数据进行验证。因此，这些方法对星敏感器低频误差的处理是不可取的。

发明内容

本发明提供的提高星敏感器姿态测量精度的方法，充分考虑了星敏感器低频误差对星敏感器姿态的影响，使星敏感器姿态测量精度提高。

本发明提供的提高星敏感器姿态测量精度的方法，其特征在于，包括：

建立卫星姿态确定系统模型，从而获取卫星姿态的状态估计值；

将所述状态估计值中的陀螺漂移估计值，减去均值，得到样本序列；

将所述样本序列进行离散傅里叶变化，得到样本序列的频谱，并从样本序列的频谱中读取陀螺漂移估计值误差的频率；