[发明专利]提高卫星姿态确定精度的方法

说明书

本发明涉及卫星分析领域，尤其涉及提高卫星姿态确定精度的方法，包括：根据星敏感器的相对安装误差，构建卫星姿态确定系统的不确定性系统模型；将所述不确定性系统模型规范化为鲁棒滤波算法的迭代结构形式；基于估计误差方差最小化，确定鲁棒滤波算法的迭代结构形式中的加权矩阵；根据鲁棒滤波算法的迭代结构形式和加权矩阵，构建新型鲁棒滤波算法；将新型鲁棒滤波算法对卫星姿态测量数据进行数据处理。本发明可以抑制星敏感器相对安装误差对卫星姿态确定的影响，从而提高卫星姿态确定精度。

技术领域

本发明涉及卫星分析领域，尤其涉及提高卫星姿态确定精度的方法。

背景技术

星敏感器/陀螺组合定姿模式以陀螺为基准，星敏感器对陀螺漂移进行校正，采用Kalman(卡尔曼)滤波器处理测量数据，得到卫星姿态的估计值。Kalman滤波是基于线 性状态空间模型设计的，要求模型形式和参数是精确已知的，且系统噪声为高斯白噪声。 但是，在实际应用过程中，由于卫星(特别是复杂卫星)在轨运行期间中不可避免地受到 振动、抖动、温度变化、星体形变等各种环境和卫星轨道因素的影响，致使星敏感器姿态 测量误差特性发生较大的改变。此时，星敏感器的测量误差可分为三部分，相对安装误差、 低频周期误差和随机误差。测量随机误差可通过滤波算法削弱；在现有文献中，有根据星 敏感器低频周期误差对陀螺漂移估计的影响，结合陀螺漂移估计与低频周期误差的解析关 系式，给出星敏感器低频周期误差辨识与补偿的方法。然而，星敏感器相对安装误差的存 在会导致输出的姿态信息不一致，因此，是影响卫星姿态确定精度的主要因素之一。

为了减小或克服由于星体变形造成的星敏感器之间的相对安装误差，国内外已开展了 相应研究，包括硬件优化设计和在轨标定算法设计。在硬件优化设计中，应将星敏感器的 多个光头应安装在同一基座上或者将星敏感器和有效载荷安装在同一基准面上，HYDRA 星敏感器和日本的ALOS卫星分别采用了如上两种优化设计模式。此外，在星敏感器之间 或在星敏感器和有效载荷之间进行校准也是减小相对安装误差影响的有效途径之一。此 外，有学者给出了对陀螺的安装误差和刻度系数误差进行校准的方法。

然而，星敏感器相对安装误差经过校准后，不可避免会剩余一部分残差，称之谓模型 的不确定性误差。尽管通过调节Kalman滤波器中系统噪声和测量噪声的方差阵可以削弱 上述不确定性误差的影响。但是，理论上，人为调节滤波参数的作法缺乏依据。实践中，手工调节滤波参数往往比较困难，参数选择不当会造成滤波性能下降。

发明内容

本发明提供的提高卫星姿态确定精度的方法，可以克服星敏感器相对安装误差经过校 准后的不确定性误差，从而使卫星姿态确定精度提高。

本发明提供的提高卫星姿态确定精度的方法，包括：

根据星敏感器的相对安装误差，构建卫星姿态确定系统的不确定性系统模型；

将所述不确定性系统模型规范化为鲁棒滤波算法的迭代结构形式；

基于估计误差方差最小化，确定鲁棒滤波算法的迭代结构形式中的加权矩阵；

根据鲁棒滤波算法的迭代结构形式和加权矩阵，构建新型鲁棒滤波算法；

将新型鲁棒滤波算法对卫星姿态测量数据进行数据处理。

在本发明中，构建了新型鲁棒滤波算法，有效克服星敏感器相对安装误差或其校准后 剩余残差的影响；并且，在构建新型鲁棒滤波算法的时候是基于估计误差方差最小化，这 样就对算法的参数进行了优化，使得滤波算法不需要验证存在性条件，便于在线应用。因 此，将本发明提供的新型鲁棒滤波算法用于对卫星姿态测量数据进行数据处理，可以有效 提高姿态确定精度。

附图说明