[发明专利]一种基于α-β滤波的星矢量测量误差在轨估计方法

说明书

本发明公开了一种基于α‑β滤波的星矢量测量误差在轨估计方法，包含如下步骤：S1，由定姿星的观测星矢量和参考星矢量，采用等权值的方法计算姿态四元数S2，采用α‑β滤波器处理姿态四元数得到参考姿态四元数S3，由参考姿态四元数计算参考姿态矩阵A；S4，根据所述的参考姿态矩阵A计算观测星矢量的误差。本发明能够实时计算星矢量权值，优化姿态估计算法，提高姿态测量精度。

技术领域

本发明特别涉及一种基于α-β滤波的星矢量测量误差在轨估计方法。

背景技术

星敏感器—陀螺仪组合导航是当前姿态测量精度要求较高的卫星平台的主流方案，作为目前姿态测量精度最高的敏感器，星敏感器姿态测量精度直接影响了卫星平台的姿态控制精度。姿态测量精度为星敏感器最重要的考核指标。

以星敏感器为代表的天文导航敏感器大多基于Wahba问题估计飞行器姿态。星敏感器测量姿态的最小损失函数:

式中：n为参与姿态估计的星数，是星敏感器测量坐标系下的观测星矢量；是天球坐标系下的参考星矢量，a_i是恒星矢量的权值。

调研文献发现Shuter博士提出由观测星矢量的误差大小确定恒星矢量的权值a_i。假设定姿星i的误差大小为σ_i，则权值a_i的计算过程如下：

公开文献中尚未有完整的在轨评价星矢量的误差大小的方法，国产星敏感器在姿态解算中大多采用等权值的方法：

式中：n为参与姿态解算的星数。等权值估计姿态，平均了星矢量的误差，若能在轨估计星矢量的误差大小，提高误差较小的星矢量在姿态解算过程中的权重，则可在相同测量信息条件下，提高星敏感器的姿态测量精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于α-β滤波的星矢量测量误差在轨估计方法，实时计算星矢量权值，优化姿态估计算法，提高姿态测量精度。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于α-β滤波的星矢量测量误差在轨估计方法，其特点是，包含如下步骤：

S1，由定姿星的观测星矢量和参考星矢量，在QUEST等姿态估计算法中星矢量的权值a_i相等的方法计算姿态四元数其中q₀为标部，为矢部；

S2，采用α-β滤波器处理姿态四元数得到参考姿态四元数

S3，由参考姿态四元数计算参考姿态矩阵A，所述的姿态矩阵描述惯性坐标系到星敏感器测量坐标系的转换关系；

S4，根据所述的参考姿态矩阵A计算观测星矢量的误差。

所述的步骤S2中采用的滤波方程：

预测方程：

式中：为k时刻的位置估值；为k时刻的速度估值；

为k时刻的预测估值；为k时刻的预测速度；

Z(k)为k时刻的测量位置；T为采样周期；α、β为系统增益，α

称为位置增益，β称为速度增益；

所述的测量值Z(k)为姿态四元数的矢部

所述的步骤S3具体包括：