[发明专利]基于地基观测光度信号的卫星几何特征与姿态估计方法

权利要求书

1.一种基于地基观测光度信号的卫星几何特征与姿态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，从卫星光度信号形成机理出发，建立地基观测条件下的卫星光度信号观测模型，并利用该卫星光度信号观测模型对卫星光度信号进行观测更新；

S2，建立卫星的“几何-姿态-光度”数据库：

S3，基于观测到的卫星光度信号计算卫星自转周期，并计算卫星光度信号的采样序列与实际观测序列的匹配度，根据匹配度辨识卫星的几何模型和尺度；

S4，在确定卫星的几何模型和尺度的基础上，建立被观测卫星的姿态运动学方程；具体包括：

卫星的姿态由四元数进行描述，对于空间目标的连续姿态四元数的运动学模型为：

其中，q是姿态的四元数，ω是卫星自转的角速度，[p×]表示一种运算规则，定义为：

S5，根据被观测卫星的姿态运动学方程与地基观测系统噪声先验信息设置无损卡尔曼滤波器的初始参数；具体包括：

根据建立的被观测卫星的姿态运动学方程和地基观测系统的噪声先验信息分别设置卫星系统状态参量噪声矩阵Q和观测噪声矩阵R，其中Q表征系统对姿态运动学方程的信任程度，信任度越高，Q的取值越低，收敛速度越快，但是鲁棒性越低，R表征系统对地基观测模型的信任程度，信任度越高，实际观测对估计的状态参数修正力度越大，收敛速度越快，同时鲁棒性越低；

设定卫星全局姿态参数初始估计值x＝[q₀,q₁,q₂,q₃,q₄,ω_x,ω_y,ω_z]，卫星局部姿态参数初始估计值δx＝[p₁,p₂,p₃,ω_x,ω_y,ω_z]；q₀,q₁,q₂,q₃,q₄分别为四元数的四个数值，ω_x,ω_y,ω_z是卫星旋转角速度的三个分量；

其中Rod＝[p₁,p₂,p₃]是罗德里格斯参数，与四元数之间的转换关系为：

在此基础上利用单位矩阵初始化卫星初始状态估计误差协方差矩阵P；

S6，获取当前观测时刻的卫星光度信号，将被观测卫星的姿态运动学方程和卫星光度信号观测模型分别作为无损卡尔曼滤波算法的时间更新模型和观测更新模型，采用无损卡尔曼滤波算法对下一观测时刻卫星姿态参数进行更新估计；

S7，将步骤S6估计的卫星姿态参数作为新的观测时刻卫星状态参数重复步骤S6，当卫星姿态参数估计值误差小于设定阈值或卫星超出观测范围时停止迭代，获得卫星姿态参数估计值。