[发明专利]低轨卫星姿态仿真方法

摘要

本发明属于摄影测量与计算机仿真领域，特别涉及低轨卫星的姿态仿真方法。本发明目的在于解决现有技术不足，提出了一种全新的低轨卫星姿态仿真方法，填补了国内在这方面的空白，为低轨卫星的预研工作提供了分析的依据。本发明的技术方案是对低轨卫星姿态过程进行分析，分析其标称状态下的因素以及影响其测量精度的误差因素，然后通过对这些因素进行建模，在计算机上对低轨卫星的姿态过程进行仿真。

主权项

一种低轨卫星标称姿态仿真方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤1.1，计算三轴欧拉角速度，具体的，根据三轴姿态稳定度的设计指标，按照模拟高斯白噪声的模式模拟一组符合三轴稳定度指标的三轴欧拉角速度；步骤1.2，计算三轴欧拉角，具体的，根据三轴欧拉角速度和假定景中心时刻的三轴欧拉角，根据如下公式的积分获得三轴欧拉角：αt(t)=∫α·t-Δtdt+αt-Δt]]>其中αt‑Δt为前一时刻的三轴欧拉角，为前一时刻的三轴欧拉角速度，αt(t)为当前时刻的三轴欧拉角；步骤1.3，生成测姿坐标系到轨道坐标系的旋转矩阵，具体的，根据设定的旋转矩阵形成顺序以及三轴欧拉角，生成测姿坐标系到轨道坐标系的旋转矩阵步骤1.4，生成测姿坐标系到J2000的旋转矩阵，根据以下公式，计算测姿坐标系到J2000坐标系的旋转矩阵以及相应的J2000坐标系下姿态角：RstarJ2000=RorbitJ2000Rstarorbit]]>其中：RorbitJ2000=(X2)X(Y2)X(Z2)X(X2)Y(Y2)Y(Z2)Y(X2)Z(Y2)Z(Z2)Z;Z→2=P→(t)||P→(t)||,X→2=V→(t)ΛZ→2||V→(t)ΛZ→2||,Y→2=Z→2ΛX→2]]>V(t)＝[Xvs Yvs Zvs]T，式中，为测姿坐标系到J2000坐标系的旋转矩阵；为轨道坐标系到J2000坐标系的旋转矩阵；为测姿坐标系到轨道坐标系的旋转矩阵；[(Z2)X,(Z2)Y,(Z2)Z]T为归一化位置向量的三个分量；为卫星质心的位置矢量，为卫星质心的速度矢量；Xs,Ys,Zs和分别为卫星质心在J2000坐标系中的位置和速度；步骤1.5，叠加星敏测姿的高频可测颤振；颤振公式如下：T=2πω]]>f=1T=ω2π]]>ω＝2πf式中，t为采样间隔，f为颤振的频率，A为颤振的幅度，为相位角，y为颤振大小；步骤1.6，生成本体坐标系到测姿坐标系的旋转矩阵；具体的，根据设定的旋转矩阵形成顺序以及测姿仪器三轴欧拉安装角，形成本体坐标系到测姿坐标系的旋转矩阵步骤1.7，生成相机坐标系到本体坐标系的旋转矩阵；具体的，根据设定的旋转矩阵形成顺序以及传感器三轴欧拉安装角，生成相机坐标系到本体坐标系的旋转矩阵步骤1.8，生成相机坐标系到J2000坐标系的旋转矩阵；具体的，根据上述制作的测姿坐标系相对于J2000的旋转矩阵、本体坐标系到测姿坐标系的旋转矩阵、相机坐标系到本体坐标系的旋转矩阵，按如下式子构成相机坐标系相对J2000坐标系的旋转矩阵：RcameraJ2000=RstarJ2000·Rbodystar·Rcamerabody]]>其中，步骤1.9，生成姿态四元数；根据如下公式生成姿态四元组：q4=12(1+a11+a22+a33)12q1=14q4(a23-a32)q2=14q4(a31-a13)q3=14q4(a12-a21)]]>其中，q1、q2、q3、q4为姿态四元数的四个分量；上述公式可以根据下面对应关系来计算：R=a11a12a13a21a22a23a31a32a33]]>R=q12-q22-q32+q422(q1q2+q3q4)2(q1q3-q2q4)2(q1q2-q3q4)-q12+q22-q32+q422(q2q3+q1q4)2(q1q3+q2q4)2(q2q3-q1q4)-q12-q22+q32+q42;]]>其中，R为姿态四元数对应旋转矩阵；步骤1.10，根据生成的姿态四元数对低轨卫星姿态进行仿真计算；步骤1.11，在计算机显示器上显示仿真结果。