[发明专利]一种航天器精测数据处理系统

说明书

技术领域

本发明是一种精测数据处理系统，特别是一种航天器精测数据处理系统，属于航天器数据处理领域。

背景技术

为顺利完成航天器在轨飞行任务，航天器上很多设备如星敏感器、陀螺、红外地球敏感器、遥感相机、数传天线等都具有特定的空间指向要求，在航天器总装阶段，必须通过精确测量的方法获取上述设备在航天器全局坐标系下的精确指向（即精测数据），本质上精测数据是数据所在设备坐标系到另一关联坐标系的数学转换关系。

由于测量环境和手段的限制，航天器精测目前主要采用分阶段实施的方式，通常分为单机设备阶段精测和航天器AIT（总装、测试、试验）阶段精测，必要时在部件装配阶段也进行精测。

单机设备阶段精测主要利用设备相关测量装置将设备的工作基准（如星敏感器的光轴和线阵方向，三个基准方向构成设备基准坐标系）引出到设备的光学基准镜上，光学基准镜通常为正六面体形状，其三个相互垂直的面的法向构成设备测量坐标系，单机设备阶段精测的结果是获取设备基准坐标系与测量坐标系之间的坐标转换关系。航天器AIT阶段精测是获取设备测量坐标系与航天器全局坐标系之间的坐标转换关系，主要通过经纬仪等光学准直仪器测量设备与航天器上的立方镜光学镜面实现。对上述各阶段产生的精测数据进行处理可得到设备基准坐标系与航天器全局坐标系之间的坐标转换关系，该数据将用于航天器在轨姿态控制及遥感图像定位分析等领域；利用设备精测数据还可计算设备与设备之间的相对指向（即设备基准坐标系之间的坐标转换关系），如计算星敏感器与遥感相机的相对指向以利用星敏感器在轨测量数据直接确定相机在轨指向等。

目前，对各阶段精测数据的综合与处理主要利用Excel表或Matlab等软件工具完成，尚未形成标准化和程序化的精测数据处理系统。论文“航天器精度测量数据库系统建设方法”（航天器环境工程第27卷第1期2010年2月）提到了一种精测数据库的建设方法，该方法主要偏重航天器精测流程以及对现有精测数据的分类与管理，并未涉及精测数据处理和分析的相关技术和方法。

此外，由于精测过程中被测光学镜面存在加工误差、精测系统中固有测量误差以及数据处理过程中计算机截断误差等因素的影响，精测数据中通常存在误差，破坏了精测数据表示正交矩阵的单位性和正交性，如不进行数据修正，将给精测数据后续处理和分析带来困难，严重时会导致错误数据（如出现角度余弦值大于1的错误数据等）。为确保数据的单位性，目前最直观且普遍应用的方法是将每个列向量元素除以该列向量的模，但该处理方法具有明显的偏向性，原始角度越小引入的计算修正误差越大（接近0°时产生的误差足以湮灭原始数据）；同时数据处理过程中的数值截断误差如处理不当也会显著增加精测数据的误差。

因此，必须解决上述现有技术的缺陷，才能保证精测数据的处理精度，适应目前高精度航天器的发展需要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种航天器精测数据处理系统，该系统实现了不同阶段航天器精测数据的综合处理，同时解决了计算机数值截断误差与常规数据修正方法增加数据处理误差的问题，可有效保证系统的数据处理精度。

本发明提出的航天器精测数据处理系统，该系统由精测数据存储模块、精测数据输入输出模块、精测数据修正模块、精测数据显示模块和精测数据处理模块组成；

所述精测数据输入输出模块包括数据输入模块和数据输出模块两部分，数据输入模块用于提供用户操作界面，接收用户手工输入或从文件批量导入的精测数据，并将其传递给数据修正模块；数据输入模块接受的数据类型包括以正交矩阵、欧拉角或单位四元数形式输入的精测数据；数据输出模块提供正交矩阵、四元数和欧拉角三种数据输出形式，将精测数据或精测数据处理模块的处理结果输出到指定文件或者以特定格式输出至外部存储介质；

所述精测数据修正模块，用于对输入的精测数据进行规范性检查，包括对正交矩阵的单位性和正交性进行检查，对四元数的单位性进行检查，当数据存在误差而不能通过检查时，该模块将对输入数据进行修正处理以得到规范化的精测数据，最后将规范化的精测数据输出给精测数据存储模块；

所述精测数据存储模块，用于建立精测数据的数据结构，并存储由数据输入模块导入的精测数据；