[发明专利]一种用于微小卫星的相对姿态确定方法

权利要求书

1.一种用于微小卫星的相对姿态确定方法，其特征在于，

包括：

根据目标信息情况确定相对定姿模式：

对于相对目标姿态已知的非合作目标选择模式1；

对于目标轨道信息已知的非合作目标选择模式2；

根据选定的所述相对定姿模式和配套设备输出信息的有效情况，进行相对定姿计算，

若选择模式1：

判断可见光成像器是否捕获目标：

若已捕获目标，则根据可见光成像器输出方位角计算相对姿态四元数；

若未捕获目标，判断陀螺角速度信息是否有效：

若所述陀螺角速度信息有效，根据Δt时间后的角速度信息递推得到相对姿态四元数；

若所述陀螺角速度信息无效，卫星本体姿态角数据有效且轨道信息有效时，利用标称相对目标四元数计算相对姿态四元数；

若选择模式2：

判断所述可见光成像器是否捕获目标：

若已捕获目标，则根据可见光成像器输出方位角计算相对姿态四元数；

若未捕获目标，则判断所述目标轨道信息是否有效：

若有效：则根据卫星本体与目标的相对距离计算相对姿态四元数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述配套设备包括三轴陀螺仪、可见光成像器、星敏感器、导航接收机和激光测距仪，所述三轴陀螺仪用于测量卫星本体的角速度信息，所述可见光成像器用于捕获目标以获取输出方位角信息，所述星敏感器用于测量卫星本体姿态角，所述导航接收机用于输出轨道信息；所述激光测距仪用于提供相对目标距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述根据可见光成像器输出方位角计算相对姿态四元数包括：

所述可见光成像器捕获目标时，所述输出方位角包括偏航角α和俯仰角β，则卫星本体到观测目标的视线指向的方向矢量x_br表示为：

其中，[x_b y_b z_b]^T为该矢量在卫星轨道系下的坐标；

当卫星本体姿态角四元数[q0 q1 q2 q3]^T有效时，利用所述卫星本体姿态角四元数求得卫星本体Z轴在轨道坐标系中的方向z_bo：

其中，q0、q1、q2为矢量部分，q3为标量部分；

则卫星本体相对目标的姿态转换矩阵A为：

其中，x_br、y_br、z_br分别表示卫星本体坐标系x轴指向目标时，x、y、z轴在空间中的方向；

根据所述卫星本体姿态角四元数与姿态转换矩阵A的元素对应关系可以求得相对姿态四元数[q0_rel q1_rel q2_rel q3_rel]^T；

若所述卫星本体姿态角四元数无效时，则利用视线方向[e_x e_y e_z]计算相对姿态四元数：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述若所述陀螺角速度信息有效，根据Δt时间后的角速度信息递推得到相对姿态四元数包括：

若所述陀螺角速度信息有效，根据Δt时间后的角速度信息递推得到卫星本体到观测目标的视线指向x_br，

若卫星本体姿态角数据有效，根据所述卫星本体姿态角数据和所述卫星本体到观测目标的视线指向的方向矢量x_br计算相对姿态四元数；

若所述卫星本体姿态角数据无效，根据Δt时间内相对目标姿态四元数变化计算相对姿态四元数。