[发明专利]一种基于软同步的姿态测量系统

权利要求书

1.一种基于软同步的姿态测量系统，其特征在于包括中心控制单元、信息采集单元、光纤陀螺、星敏感器；其中：

中心控制单元，每个控制周期通过信息采集单元发送硬同步信号至光纤陀螺和星敏感器，搜集信息采集单元反馈的硬同步状态信息，所述硬同步状态信息包括光纤陀螺硬同步信号状态信息和星敏感器硬同步状态；根据光纤陀螺硬同步状态信息判断光纤陀螺硬同步信号是否异常，当光纤陀螺硬同步信号异常时，通过信息采集单元发送光纤陀螺软同步指令给光纤陀螺；根据星敏感器硬同步状态信息判断星敏感器硬同步信号是否异常，当星敏感器硬同步信号异常时，中心控制单元发送给星敏感器软同步指令，星敏感器转为软同步工作模式；

光纤陀螺，每个控制周期对信息采集单元发送的硬同步信号进行判断，将判断结果作为光纤陀螺硬同步状态信息通过信息采集单元反馈至中心控制单元，如果硬同步信号正常，则提供硬同步模式星体角速度信息至信息采集单元；收到软同步指令后切换为软同步工作模式，提供软同步模式星体角速度信息至信息采集单元；

星敏感器，每个控制周期对信息采集单元发送的硬同步信号进行判断，将判断结果作为光纤陀螺硬同步状态信息通过信息采集单元反馈至中心控制单元，如果硬同步信号正常，则以收到的硬同步信号为基准，获取星体姿态信息，给中心控制单元；收到软同步指令后切换为软同步工作模式，以收到的软同步指令为基准，提供星体姿态信息给中心控制单元；

中心控制单元，根据光纤陀螺提供的惯性坐标系下的星体角速度信息和星敏感器提供的惯性坐标系下的星体姿态信息，得到卫星本体坐标系下的星体角速度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于软同步的姿态测量系统，其特征在于所述硬同步状态信息还包括信息采集单元硬同步信号状态信息，由信息采集单元反馈至中心控制单元；

信息采集单元每个周期对收到的硬同步信号进行判断，当输入的硬同步信号异常时，将信息采集单元硬同步信号状态信息置为异常，并发送给中心控制单元；

中心控制单元判断到信息采集单元硬同步信号状态信息为异常时，自主转入星敏无陀螺模式工作，根据星敏感器提供的姿态信息、重力梯度力矩、磁棒力矩，计算星体角速度信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于软同步的姿态测量系统，其特征在于所述光纤陀螺每个控制周期对光纤陀螺测量轴姿态角度进行两次采样。

4.根据权利要求3所述的一种基于软同步的姿态测量系统，其特征在于所述光纤陀螺硬同步模式星体角速度的计算公式为：

其中，N是本次采集的光纤陀螺测量轴姿态角度增量，T_c是采样周期。

5.根据权利要求3所述的一种基于软同步的姿态测量系统，其特征在于所述光纤陀螺软同步模式星体角速度的计算公式为：

其中，N是本控制周期两次采集获得的光纤陀螺测量轴姿态角度增量，N_-1为上一个控制周期两次采集获得的光纤陀螺测量轴姿态角度增量，N_-2为上上个控制周期两次采集获得的光纤陀螺测量轴姿态角度增量，T_c是控制周期。

6.根据权利要求1所述的一种基于软同步的姿态测量系统，其特征在于所述中心控制单元根据依靠星敏感器提供的姿态信息、重力梯度力矩、磁棒力矩，计算得到星体的角速度信息，具体步骤为：

(1)、计算合成角加速度a_d：

其中，J_{o_x}、J_{o_y}、J_{o_z}分别为卫星在本体坐标系下的X轴方向主惯量、Y轴方向主惯量、Z轴方向主惯量，T_Grev为重力梯度力矩，T_Mag为磁棒力矩；

(2)、计算星体的角速度

其中，为由四元数计算的方向余弦阵，C_oi为轨道坐标系相对于J2000历元惯性坐标系的方向余弦阵，ω₀为轨道角速度，为惯性系下角速度估计值，a_d为外力矩作用下的合成角加速度，Δt为控制周期。