[发明专利]基于地球敏感器和陀螺仪的航天器姿态确定系统及方法

权利要求书

1.基于地球敏感器和陀螺仪的航天器姿态确定系统，其特征在于，包括：

地球敏感器，用于获取地心相对于航天器的方向数据；

陀螺仪，用于获取航天器的角速度数据；

计算单元，基于测得的所述方向数据和所述角速度数据，利用四元数算法确定所述航天器的姿态；

所述四元数算法的方程组如下：

其中，

A为时刻t的航天器姿态，则时刻t₀的航天器姿态为B^-1*A；

B为从时刻t₀到时刻t的时间段内航天器的姿态转移矩阵，表示从时刻t₀到时刻t的航天器姿态变化；通过所述角速度数据积分得到；

R_i0为时刻t₀时地心赤道惯性系下的地球方向；

R_b0为时刻t₀时所述地球敏感器测量的地球方向；

R_i为时刻t时地心赤道惯性系下的地球方向；

R_b为时刻t时所述地球敏感器测量的地球方向。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括存储单元：用于存储地心相对于航天器的方向数据和航天器的角速度数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，将方程组(1)处理为如下的方程组(2)，

根据方程组(2)，计算得到A，即可求得时刻t时的航天器姿态矩阵。

4.基于地球敏感器和陀螺仪的航天器姿态确定方法，其特征在于，该方法的步骤包括：

获取地心相对于航天器的方向数据；

获取航天器的角速度数据；

基于测得的所述方向数据和所述角速度数据，利用四元数算法确定所述航天器的姿态；

所述四元数算法的方程组如下：

其中，

A为时刻t的航天器姿态，则时刻t₀的航天器姿态为B^-1*A；

B为从时刻t₀到时刻t的时间段内航天器的姿态转移矩阵，表示从时刻t₀到时刻t的航天器姿态变化；通过所述角速度数据积分得到；

R_i0为时刻t₀时地心赤道惯性系下的地球方向；

R_b0为时刻t₀时所述地球敏感器测量的地球方向；

R_i为时刻t时地心赤道惯性系下的地球方向；

R_b为时刻t时所述地球敏感器测量的地球方向。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法的步骤还包括：存储地心相对于航天器的方向数据和航天器的角速度数据。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将方程组(1)处理为如下的方程组(2)，

根据方程组(2)，计算得到A，即可求得时刻t时的航天器姿态矩阵。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述地心相对于航天器的方向数据通过地球敏感器采集获得；所述航天器的角速度数据通过陀螺仪采集获得。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述地球敏感器包括地球反照敏感器或红外地球敏感器。