[发明专利]一种高精度星敏感器外场精度测试方法

权利要求书

1.一种高精度星敏感器外场精度测试方法，其特征在于步骤如下：

(1)星敏感器通过观测星空对恒星进行匹配识别，得到卫星需要的姿态四元数和星图样本；

(2)将天文学中的J2000地心惯性系转换到观测初始时刻的地心惯性系，实现对J2000地心惯性系的岁差补偿，将J2000地心惯性系的岁差修正至观测初始时刻对应的地心惯性系；

(3)利用地球自转角速度值ω，第一帧星图对应时刻的地心惯性系按照曝光时间间隔序列ΔT_i分别绕Z轴旋转，得到后续各帧星图对应时刻的虚拟地心惯性系，第一帧星图对应时刻的地心惯性系为经过步骤(2)修正后的观测初始时刻对应的地心惯性系；

(4)利用地球自转模型将各帧星图中的导航星矢量坐标转换为各个虚拟地心惯性系下的矢量坐标；

(5)对经过步骤(4)处理的各帧星图导航星矢量坐标进行大气折射修正，建立各帧星图导航星矢量矩阵；

(6)对各帧星图恒星观测矢量阵以及经过步骤(5)建立的各帧星图导航星矢量矩阵，利用QUEST算法求解出第一帧星图的姿态真值；

(7)根据步骤(6)得到的第一帧星图的姿态真值和地球自转模型，按照坐标系旋转关系，递推出后续各帧星图的姿态真值；

(8)计算各帧星图姿态真值对应的坐标轴和姿态实测值对应的坐标轴之间的夹角误差，利用“画圆法”计算出短周期项误差；

(9)计算短周期项误差的功率谱密度分布，按照功率谱密度分布将短周期项误差划分为低频误差、高频误差以及时域误差，进而对低频误差、高频误差以及时域误差的功率谱进行分段傅里叶逆变换；

(10)对低频误差、高频误差以及时域误差对应不同频率带的误差样本进行误差分析，分别计算出低频误差、高频误差以及时域误差的数值；

(11)完成测试。

2.根据权利要求1所述的一种高精度星敏感器外场精度测试方法，其特征在于：所述步骤(1)的实现过程为：将星敏感器放置于三轴转台上，将星敏感器光轴指向天顶，采集得到星敏感器输出的姿态四元数Q及观测星点信息集形成的星图样本；

姿态四元数是表征星敏测量坐标系在惯性坐标系下的姿态信息(Q＝[Q0,Q1,Q2,Q3])；

天顶为观测点和地心的连线与天球的交点；

观测星点信息包含对应星图的曝光时刻(Ti)、星点的行列坐标(Ui,Vi)和星点能量(Ei)。

3.根据权利要求1所述的一种高精度星敏感器外场精度测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中进行岁差补偿的方法为：

ξ＝2306.2181×t+0.30188×t²+0.017998×t³

Ζ＝2306.2181×t+1.09468×t²+0.018203×t³

θ＝2004.3109×t-0.42665×t²+0.041833×t³

t为根据儒略日计算的儒略世纪数；儒略日是指以公元前4713年1月1日格林尼治平时12时为起点，以日为单位计量的日期；儒略世纪数以100年为单位进行计量；

三个姿态欧拉角(ξ、Ζ、θ)分别表征J2000地心惯性系需要转动的偏航角、俯仰角、滚转角。

4.根据权利要求1所述的一种高精度星敏感器外场精度测试方法，其特征在于：所述步骤(3)得到后续各帧星图对应时刻的虚拟地心惯性系的方法为：记第一帧星图时刻对应的地心惯性系为O_xyz，各帧星图相对于第一帧星图时刻的时间间隔为ΔT_i，地球自转角速度为ω，将地心惯性系O_xyz绕坐标系Z轴旋转ω×ΔTi角度后得到的坐标系序列定义为O_xyzⁱ，O_xyzⁱ即为各帧星图对应的虚拟地心惯性系。