[发明专利]一种多头星敏感器在轨测量精度评估方法和系统

权利要求书

1.一种多头星敏感器在轨测量精度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获取在轨测量数据，包括星敏感器四元数、星敏感器时间戳、星敏感器状态标志信息和星敏感器星图信息；

步骤2：根据星敏感器状态标志信息、星敏感器四元数和对应时间戳，识别在轨数据有效性；

步骤3：根据航天器轨道和时间信息，修正光行差对星敏感器测量四元数的误差影响；

步骤4：消除由于曝光时间和当前星时不同步的影响，利用航天器惯性角速度信息对星敏感器的测量四元数进行曝光时间补偿；

步骤5：计算多个星敏感器Z向光轴夹角进而评估星敏感器在轨测量精度，评估内容包括星敏感器常值偏差、星敏感器热弹性误差、视场空间误差和噪声等效角误差；

将星敏感器进行有效性识别、光行差修正、曝光时间补偿后，得到星敏感器测量姿态四元数同型号星敏感器i，i＝A,B,C…M的光轴Z阵列序列：

{Z_iI,k}的表达式如下，I代表J2000地心平赤道坐标系；

星敏感器A和B的Z向光轴夹角序列表达式为：

星敏感器间Z向光轴夹角的变化量

式中：为星敏感器A和B的Z向光轴夹角理论设计值；

星敏感器A和B的Z向光轴夹角变化量的平均值

星敏感器A、B各自X轴、Y轴测量常值偏差

热弹性误差、视场空间误差和噪声等效角合成的Z向光轴夹角误差

对Z向光轴夹角的合成误差进行傅里叶级数拟合，得到合成误差

式中：为热弹性误差、视场空间误差合成的Z向光轴夹角误差；G₁为轨道周期为T₁的光轴夹角的热弹性合成误差幅值；G₂为空间视场周期T₂的光轴夹角的视场空间合成误差幅值；G_n为周期为T_n的光轴夹角周期性误差幅值；α₁、α₂、α_n为拟合函数的相位参数；

星敏感器A、B的X轴和Y轴测量热弹性误差和视场空间误差依次为：

Z向光轴夹角的合成噪声等效角表达式为：

星敏感器A、B的X轴和Y轴噪声等效角误差序列：

计算星敏感器A、B的X轴和Y轴噪声等效角标准差：

式中：为星敏感器A的X和Y轴噪声等效角的标准差；为星敏感器B的X和Y轴噪声等效角的标准差；为星敏感器A的X和Y轴噪声等效角的平均值。

2.根据权利要求1所述的多头星敏感器在轨测量精度评估方法，其特征在于，选取星敏感器在轨连续数据，时间持续4～5个轨道周期；

相邻两拍星敏感器四元数的时间间隔不大于2s；

采用共基准方式安装星敏感器，以减小星敏感器安装支架热变形对在轨精度分析的影响。

3.根据权利要求1所述的多头星敏感器在轨测量精度评估方法，其特征在于，连续采集星敏感器测量四元数系列{q_k}，其中q_k＝[q_k1 q_k2 q_k3 q_k4]，k＝1,2,3…,N，以及四元数系列{q_k}的数据可用标志位和对应的时间戳{q_k}；

若四元数系列{q_k}的数据可用标志位为可用，且时间戳{t_k}与前后拍数据是连续的，则表明四元数系列{q_k}是连续可用的；

若γ为1×10^-6～1×10^-4，则判断当前的四元数有效，用于后续精度测试；否则当前四元数无效。