[发明专利]星敏感器与磁强计相对标定方法及系统

说明书

本发明提供了一种星敏感器与磁强计相对标定方法及系统，包括：将星敏感器和磁强计固定于一刚性结构上；将刚性结构固定安装在一无磁转台上；刚性结构围绕无磁转台的第一转轴进行转动；获取磁强计坐标系下的第一转轴矢量；获取星敏感器坐标系下的第一转轴矢量；刚性结构围绕无磁转台的第二转轴进行转动；获取磁强计坐标系下的第二转轴矢量；获取星敏感器坐标系下的第二转轴矢量；根据磁强计坐标系下的第一转轴矢量、磁强计坐标系下的第二转轴矢量、星敏感器坐标系下的第一转轴矢量和星敏感器坐标系下的第二转轴矢量进行双矢量定姿，确定磁强计坐标系与星敏感器坐标系的转换矩阵，将刚性结构从无磁转台下拆除，安装于卫星上。

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别涉及一种星敏感器与磁强计相对标定方法及系统。

背景技术

现代人造卫星由于独有优势，广泛应用于遥感、通信、空间科学试验等诸多领域，磁强计与星敏感器是卫星典型的低高精度定姿敏感器，在卫星总装过程中，磁强计磁轴、星敏光轴和卫星平台机械轴之间往往存在安装误差，导致磁强计无法获得准确的安装矩阵，而安装矩阵的误差是导致磁测精度较差的重要因素。

卫星三轴磁强计测量精度影响因素较多，在高精度磁场测量领域，卫星剩磁、磁强计与星敏感器的安装精度引起的误差是导致磁场测量精度不高的主要因素，剩磁可以通过预先测量等手段进行补偿，而磁强计与星敏感器的安装精度只能通过地面的安装精度测量去保证。

三轴磁强计坐标系、星敏感器坐标系和结构之间均存在安装矩阵。传统的标定安装矩阵方法是由两台载荷分别将坐标关系引到外部一个精测棱镜上，再通过光学测量确定二者间的角度转换关系。而目前由于机械轴的测量精度很难达到角秒级，在当前快速总装的要求下，机械轴测量精度在角分量级，如果将磁轴、光轴的误差统一到卫星本体的机械轴上，磁测数据的姿态角难以达到很高的精度。因此目前的大部分卫星并不适用于高精度磁测量的应用，也直接导致了卫星在轨磁测量所得姿态信息精度不高，成为测控作为高精度控制手段的阻碍。

为了降低高精度的卫星光机分步校准的困难，可采用直接标定三轴磁强计坐标系和星敏感器坐标系之间安装矩阵的相对标定方案。为了保证星敏与三轴磁强计的坐标关系稳定，三轴磁强计探头和星敏感器安装于同一个稳定的高刚度结构上。这种采用直接标定磁轴和光轴之间的相对误差的方式，可以避免机械安装误差的影响。

星敏感器磁强计标定相关的文献，使用的方法与应用背景存在着较大区别。专利CN201710362481提出了利用陀螺仪对三轴磁强计进行全误差标定的方法，CN201510553291提出了一种IMU/磁强计安装失准角在线滤波标定方法，两种方式分别采用了陀螺仪和IMU，所用方式和手段存在差异；CN201710382599提出一种基于递推最小二乘法的磁强计现场快速标定方法，可以用于对磁强计输出进行修正，但未对相对安装矩阵进行标定；CN201310193725提出了一种基于剩磁标定的磁测及星光备份的自主导航方法，主要用于在轨的剩磁标定，但没有对相对安装矩阵进行标定；CN201210062041提出了一种基于星光/地磁组合信息的小卫星自主导航系统及其导航方法，但并没有提出地面采用的标定方法；王凯强的硕士论文提出了通过相关坐标系的方式测试星敏感器与磁强计的安装矩阵。综上所述，相关专利并没有在相对安装矩阵标定方面提出相关方法，相关标定方法在采用的方法和使用的敏感器上存在差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星敏感器与磁强计相对标定方法及系统，以解决现有的卫星机械轴安装精度低造成的星敏感器和磁强计安装时校准精度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种星敏感器与磁强计相对标定方法，所述星敏感器与磁强计相对标定方法包括：

将所述星敏感器和所述磁强计固定于一刚性结构上；

将所述刚性结构固定安装在一无磁转台上；

所述刚性结构围绕所述无磁转台的第一转轴进行转动；