[发明专利]一种基于多星敏感器的自适应组合确定卫星姿态角的方法

说明书

本发明涉及一种基于多星敏感器的自适应组合确定卫星姿态角的方法，属于航天器姿态确定与控制领域。首先根据地面评估结果确定星敏的优选顺序，精度较高的星敏感器或者夹角关系较好的星敏感器优先级高。其次，当高优先级的星敏感器无效，而低优先级星敏或星敏组合有效时，短时间内利用陀螺预估卫星姿态，高优先级星敏感器长时间无效再切换为低优先级星敏参与定姿。最后，当高优先级星敏组合有效时，则瞬时从低优先级星敏切换为高优先级星敏参与定姿。此方法实现了星敏定姿基准自适应组合定姿的目的，大大提高了姿态测量的精度。该算法已应用于多个在轨型号中。

技术领域

本发明涉及一种基于多星敏感器的自适应组合确定卫星姿态角的方法，属于航天器姿态确定与控制领域。

背景技术

为实现高精度的姿态测量功能，卫星一般配有多个高精度星敏感器和高精度陀螺。卫星广泛采用的技术手段为：

(1)采用陀螺测量卫星的惯性姿态角速度，预估卫星姿态角；

(2)星敏感器测量卫星的惯性姿态四元数，再结合轨道信息，采用卡尔曼滤波方法计算卫星的姿态角。

当星敏感器在大角速度或大角度姿态机动时难以提供精确的姿态测量数据，甚至无法提供姿态测量数据，在某个星敏感器无效时卫星采用其他星敏感器或者陀螺预估卫星姿态，当卫星恢复姿态后，可能又需要进行星敏感器切换。此时由于定姿基准的短时频繁切换将导致姿态测量和姿态确定存在波动。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于多星敏感器的自适应组合确定卫星姿态角的方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于多星敏感器的自适应组合确定卫星姿态角的方法，卫星上安装有N个星敏感器和M个陀螺，该方法的步骤包括：

(1)使用卫星上安装的M个陀螺测量卫星的惯性姿态角速度，得到卫星姿态角的预估值；

(2)确定用于定姿的星敏感器或星敏感器组合；

(3)采用步骤(2)确定的星敏感器或星敏感器组合测量卫星的惯性姿态四元数，再结合轨道信息，采用卡尔曼滤波方法对步骤(1)得到的卫星姿态角的预估值进行修正，得到卫星的姿态角。

所述的步骤(2)中，确定用于定姿的星敏感器或星敏感器组合的方法为：

第一步，确定星敏感器的优先级顺序，以星敏感器或星敏感器组合的测量精度来确定优先级顺序；优先级顺序最高的为测量精度最高的星敏感器或星敏感器组合；

第二步，根据每个控制周期星敏感器或星敏感器组合测量得到的数据的有效性，选取优先级最高的有效星敏感器或星敏感器组合，并记录优先级顺序的标号；

第三步，确定当前拟用于定姿的星敏感器或星敏感器组合，方法为：

设定初始时刻，使用任一有效的星敏感器或星敏感器组合进行定姿；

若当前周期拟用于定姿的星敏感器或星敏感器组合的优先级低于上一周期用于定姿的星敏感器或星敏感器组合的优先级，则进行计时器累计，当计时器累计值大于设定的阈值时，则当前周期使用当前拟用于定姿的星敏感器或星敏感器组合进行定姿，在计时器累计值小于等于设定的阈值时，当前周期仅通过陀螺测量卫星的惯性姿态角速度，不引入星敏感器进行姿态确定；

若当前周期拟用于定姿的星敏感器或星敏感器组合的优先级不低于上一周期用于定姿的星敏感器或星敏感器组合的优先级，则当前周期使用当前拟用于定姿的星敏感器或星敏感器组合进行定姿，同时进行计时器清零。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本项目提出的方法明显减小了现有方法在多星敏感器定姿基准的短时频繁切换带来的姿态确定和姿态测量误差；