[发明专利]一种卫星姿态滤波方法

权利要求书

1.一种卫星姿态滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据星敏感器的偏转乘性误差，构建具有偏转乘性噪声的卫星姿态确定系统模型；

步骤2，对所述卫星姿态确定系统模型进行第一阶段状态滤波，得到第一状态滤波值以及状态的一步平滑值；

步骤3，对所述卫星姿态确定系统模型进行第二阶段状态滤波，得到第二状态滤波值；

步骤4，将第二状态滤波值的姿态四元数转换成姿态欧拉角，得到卫星的在轨姿态。

2.根据权利要求1所述的一种卫星姿态滤波方法，其特征在于，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1，根据星敏感器的偏转乘性误差，得到具有偏转乘性噪声的星敏感器的观测方程；

步骤1.2，根据卫星姿态的四元数状态方程和观测方程，得到具有偏转乘性噪声的卫星姿态确定系统模型。

3.根据权利要求2所述的一种卫星姿态滤波方法，其特征在于，步骤1.1中所述观测方程如式1所示：

z(t)＝m(t)h[x(t)]+v(t) 式1

其中，为偏转乘性噪声，δC(t)是星敏感器的乘性偏转随机阵，偏转的欧拉角误差分别定义为δψ、δφ和δθ，x(t)为状态变量，是由惯性系到卫星本体系的四元数姿态矩阵，为姿态四元数，μ_I1＝[1 0 0]^T，μ_I2＝[0 1 0]^T，μ_I3＝[0 0 1]^T分别为不同的星敏感器安装光轴矢量，为星敏感器的加性测量噪声，加性测量噪声的协方差为R(t)，t为时间参数。

4.根据权利要求3所述的一种卫星姿态滤波方法，其特征在于，步骤1.2中卫星姿态的四元数状态方程如式2所示：

其中，x(t)为状态变量，b(t)和d(t)分别为陀螺的常值漂移和相关漂移，ω(t)＝[ω_x(t)ω_y(t)ω_z(t)]^T表示星体坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度，矩阵矩阵D_τ为由相关时间常数τ构成的对角阵，表示系统过程噪声，n_g表示陀螺的测量噪声，n_d和n_b分别为陀螺的相关漂移噪声以及常值漂移噪声，I和0分别表示相应维数的单位矩阵和零矩阵，w(t)的协方差为Q(t)。

5.根据权利要求4所述的一种卫星姿态滤波方法，其特征在于，步骤1.2中具有偏转乘性噪声的卫星姿态确定系统模型如式3所示：

其中k表示离散化时刻，v(k)表示星敏感器的加性噪声，加性噪声v(k)的统计特性满足E{v(k)}＝0以及E{v(k)v(j)^T}＝Rδ_kj，且{v(k)}、{w(k)}以及x(0)之间不相关；m(k)表示星敏感器的乘性噪声，乘性噪声m(k)的统计特性满足m(k)＝(m_ij(k))_9×9，记则有将该等式记为N_ij,gl(k)，i，j，g，l＝1，2......9，且{m(k)}与{w(k),v(k),x(0)}统计独立。

6.根据权利要求5所述的一种卫星姿态滤波方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1，将卫星姿态确定系统模型线性化，得到第一阶段线性化离散模型；

步骤2.2，对第一阶段线性化离散模型进行状态滤波，构建第一阶段状态滤波算法，得到第一状态滤波值以及状态的一步平滑值。

7.根据权利要求6所述的一种卫星姿态滤波方法，其特征在于，步骤2.1中第一阶段线性化离散模型如式4所示：

其中B₁(k)＝Γ(x(k|k),k)，x(k|k)以及x(k|k-1)分别为k时刻的状态滤波值和状态预测值。