[发明专利]一种基于星敏感器辅助的陀螺误差参数在轨快速标定方法

权利要求书

1.一种基于星敏感器辅助的陀螺误差参数在轨快速标定方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1：根据卫星系统参数设置卫星姿态机动策略，卫星依据所述卫星姿态机动策略实施姿态机动；

步骤2：根据卫星姿态运动学方程、陀螺输出方程、星敏感器输出方程，在建立非线性陀螺误差参数标定模型基础上，基于高阶毕卡逼近解算方法建立线性化的陀螺误差参数标定模型；

所述陀螺输出方程为：

其中，ω^g表示陀螺输出角速度向量T表示包含刻度因子误差的标度因数对应的矩阵，表示陀螺的安装误差矩阵，表示所述陀螺的安装矩阵，b表示陀螺常值偏差，η表示所述陀螺的角速率随机测量噪声；ω^b表示真实转动角速度；

所述星敏感器输出方程为：

其中，Q^st表示星敏感器输出的姿态四元数；表示卫星本体系相对于惯性系的姿态四元数；表示星敏感器安装矩阵对应的四元数；表示星敏感器安装误差对应的四元数；Q^λ表示星敏感器低频误差对应的四元数；Q^ξ表示星敏感器随机测量误差对应的四元数；由于所述星敏感器安装误差、所述星敏感器低频误差和所述星敏感器随机测量误差是小量，对应的四元数分别表示为Q^λ≈[1 λ₁ λ₂ λ₃]^T，Q^ξ≈[1 ξ₁ ξ₂ ξ₃]^T，将所述星敏感器安装误差、所述星敏感器低频误差和所述星敏感器随机测量误差的所述四元数的矢量部分分别记为χ＝[χ₁ χ₂ χ₃]^T，λ＝[λ₁ λ₂ λ₃]^T，ξ＝[ξ₁ ξ₂ ξ₃]^T；

卫星姿态运动学方程用姿态四元数表示如下：

获得所述非线性陀螺误差参数标定模型，所述非线性陀螺误差参数标定模型线性化后获得的线性化的陀螺误差参数标定模型表示为Z＝HX+v；其中，Z为在姿态机动过程中由陀螺测量输出、星敏测量输出构造的线性化标定模型观测量；X＝[b^T Δ^T s^T]^T为待标定陀螺误差参数向量，其中，Δ为安装误差，s为刻度因子误差；H为由所述陀螺测量输出、所述星敏测量输出构造的线性化标定模型量测矩阵；v为陀螺和星敏感器的随机测量误差、线性化过程中近似误差引起的所述线性化标定模型的等效噪声；

其中，

采用毕卡逼近法，得到公式(3)的解为：

步骤3：根据所述线性化的陀螺误差参数标定模型，结合姿态机动过程中的陀螺测量数据和星敏感器测量数据，采用最小二乘方法，进行误差参数标定，获得陀螺误差参数估计值，并计算残差向量平方和；

步骤4：利用所述陀螺误差参数估计值计算补偿后陀螺测量值；

利用陀螺误差参数估计值其中为常值偏差估计值，为安装误差估计值，为刻度因子误差估计值，计算在所述姿态机动过程中经过补偿的补偿后陀螺测量值t时刻的所述补偿后陀螺测量值为其中为由所述刻度因子误差估计值形成的对角矩阵；

根据所述补偿后陀螺测量值和卫星姿态四元数计算残差向量：

由于[t+kΔt,t+(k+1)Δt]时间间隔内的角速度保持恒定，则在所述时间间隔内有

则所述姿态机动过程的残差向量平方和为：

将所述残差向量平方和作为评估误差参数估计质量的指标；

步骤5：根据所述补偿后陀螺测量值建立陀螺误差参数修正量的线性化标定模型，并利用最小二乘估计方法计算出陀螺误差参数修正量；

步骤6：根据所述陀螺误差参数修正量对所述陀螺误差参数估计值进行修正，获得修正后陀螺误差参数估计值，并计算修正后的所述残差向量平方和；当所述残差向量平方和不再减少或所述陀螺误差参数估计值变化小于设定门限或迭代次数超过预设限制次数，则将所述修正后陀螺误差参数估计值作为陀螺误差参数最终标定结果；否则将所述修正后陀螺误差参数估计值作为所述陀螺误差参数估计值，并进入所述步骤4。