[发明专利]小卫星姿态确定系统及方法

权利要求书

1.一种小卫星姿态确定系统，其特征在于，其包括：

若干姿态测量部件，用以对反映卫星姿态的信息进行测量；姿态测量部 件包括红外地平仪、太阳敏感器、磁强计；

中央处理器，用以采集上述姿态测量部件的测量数据，并计算环境模 型，然后根据测量数据及环境模型选择相应的定姿算法进行姿态确定；其包 括

地平仪数据采样及处理单无，用以根据所述红外地平仪测量的数据 判断红外地平仪的状态并获取处理后的红外平仪测量数据；

太阳敏感器数据采样及处理单元，用以根据所述太阳敏感器测量的 数据判断太阳敏感器的状态并获取卫星本体坐标系中的太阳矢量；

磁强计数据采样及处理单元，用以根据所述磁强计测量的数据判断 磁强计的状态并获取卫星本体坐标系中的地磁矢量；

环境模型计算单元，用以获取轨道坐标系下的太阳矢量、地磁矢 量；

定姿选择单元，用以根据所述地平仪数据采样及处理单元、太阳敏 感器数据采样及处理单元、磁强计数据采样及处理单元、环境模型计算 单元，选择相应的定姿算法进行姿态确定；

当卫星不在稳态工作模式时，定姿选择单元控制所述姿态确定系统选择 非稳态定姿算法，通过获取的测量数据选择定偏航角地平仪定姿算法、不定 偏航角地平仪定姿算法、双矢量定姿算法、单磁强计定姿算法中的一种；

所述定姿选择单元控制姿态确定系统选择非稳态定姿算法包括：

当地平仪有效、数据正常，且卫星位于阳照区、太阳敏感器正常时，选 择定偏航角地平仪定姿算法；

当地平仪有效、数据正常，且卫星位于阴影区或太阳敏感器故障时，选 择不定偏航角地平仪定姿算法；

当地平仪失效或故障，且卫星位于阳照区、太阳敏感器正常时，选择双 矢量定姿算法；

当地平仪失效或故障，且卫星位于阴影区或太阳敏感器故障时，选择单 磁强计定姿算法；

定偏航角/不定偏航角地平仪定姿算法包括如下步骤：红外地平仪数据 直接解算出卫星的滚动角和俯仰角；根据太阳敏感器工作状态，地平仪定姿 算法分为两种情形；

若太阳敏感器数据有效，利用红外地平仪确定的滚动角和俯仰角θ， 根据姿态矩阵反推卫星的偏航角ψ：

ψ＝arctan2[(k1·S_oy-k2·S_ox)，(k1·S_ox+k2·S_oy)]；

其中，k1＝cos(θ)·S_bx+sin(θ)·S_bz；

S_b＝(S_bx，S_by，S_bz)^T，S_o＝(S_ox，S_oy，S_oz)^T分别为卫星本体坐标系和轨道坐标系 中的太阳矢量；

若太阳敏感器数据无效，取ψ＝0；

双矢量定姿算法包括如下步骤：利用卫星本体坐标系中的地磁矢量B_b和太阳矢量S_b，对照轨道坐标系中的地磁矢量B_o和太阳矢量S_o，采用简化 后的QUEST双矢量定姿算法，确定卫星的三轴姿态；

单磁强计定姿算法包括如下步骤：当仅三轴磁强计数据有效时，利用卫 星本体坐标系中的地磁矢量B_b，对照轨道坐标系中的地磁矢量B_o，近似计 算卫星的俯仰角θ：θ＝arctan2[(B_oxB_bz-B_ozB_bx)，(B_ozB_bz+B_oxB_bx)]；

当卫星进入稳态工作模式时，定姿选择单元控制所述姿态确定系统选择 稳态EKF定姿算法，通过获取的测量数据选择红外地平仪/太阳Kalman滤波 算法、红外地平仪/磁Kalman滤波算法、太阳/磁Kalman滤波算法、单磁 Kalman滤波算法中的一种。