[发明专利]基于盲源分离的自旋稳定卫星姿态确定方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于盲源分离的自旋稳定卫星姿态确定方法及系统，充分利用了星上姿态敏感器测量数据，通过盲源分离算法使得姿态参数尽可能相互独立，再结合自旋稳定卫星的姿态特性消除了算法所固有的模糊性。与传统几何定姿方法相比，本发明不但在传感器量测数据正常时，有效消减系统误差和传输噪声等造成的影响，具有较高的定姿精度，而且在传感器存在故障时，通过信息融合校正，有效降低了失效数据所造成的的定姿风险，具有一定的鲁棒性。本发明可用于自旋稳定卫星的姿态确定，通过盲源分离算法和模糊性消除，对传感器存在故障时姿态确定精度的提高有着重要的意义。

技术领域

本发明涉及卫星姿态技术领域，具体地，涉及一种基于盲源分离的自旋稳定卫星姿态确定方法及系统。

背景技术

自旋稳定是卫星在空间运行时的几种典型的姿态稳定方式之一，准确快速的估计出在轨卫星的姿态参数是对其进行姿态保持和控制的前提。目前针对自旋稳定卫星定姿方案较多，但多是通过星上的姿态敏感器扫描测量得到空间参考天体(太阳，地球等)相对于卫星的方向信息，并借助于已知参考体的赤经、赤纬，通过复杂的球面几何关系解算得到。

专利文献《确定地球同步自旋卫星姿态的一种方法》(自动化学报，1982，8(3):175-187)中提出一种同时利用地球角和星日、星地转动角确定卫星姿态的方法；王振平、王恒、钱小云等人在“卡尔曼滤波技术在自旋卫星姿态确定中的研究与应用”。专利文献《遥测遥控》中推导了应用于自旋卫星姿态确定的卡尔曼滤波过程。上述方法不但需要解算敏感器测量值与卫星姿态的复杂函数关系，而且由于测量误差和传输噪声影响，在选取不同传感器参数组合进行定姿时，势必造成其他未使用参数所包含姿态信息的丢失，即信息利用不完备，影响定姿精度；更加严重的是，一旦选用组合的某个传感器故障，测量参数失效，将直接导致定姿失败。

专利文献CN103438886A中提出了一种以卫星粗姿态解算为基础，滑动中值滤波器检测粗姿态数据异常，并对异常数据进行加权均值修正的方法。该方法对异常数据采用前固定拍有效数据加权平均替代，仅能保证姿态数据序列的平滑性，由于没有引入姿态动力学关系，不可避免的带入定姿误差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于盲源分离的自旋稳定卫星姿态确定方法及系统。

根据本发明提供的一种基于盲源分离的自旋稳定卫星姿态确定方法，包括：步骤S1：利用星上姿态测量设备，获取某采样时刻自旋稳定卫星姿态测量冗余信息序列；

步骤S2：通过随机梯度优化算法，对姿态测量序列的非高斯性进行极大化，从而求解出盲源分离算法中的分离矩阵W，实现姿态参数的分离；

步骤S3：根据地球同步自旋稳定卫星自旋轴指向在空间具有相对稳定性的特点，依照赤经α和赤纬δ的变化趋势，对照盲源分离信号特性，确定姿态参数的类型；

步骤S4：通过将已知的同时刻真实姿态数据代入盲源分离后的方程，确定增益对角阵，消除算法的模糊性，获取卫星姿态。

优选地，所述步骤S1包括：

步骤S1.1：利用星上姿态测量设备，获取采样时刻t自旋稳定卫星姿态测量序列x(t)；

x(t)＝[c₁(t),c₂(t),c₃(t),…,c_n(t)]^T,n＞2；

上述序列中，每个姿态测量设备获得的测量值c_i(t),i＝1,2,…n,n＞2皆可表示为自旋稳定卫星姿态信息，赤经α和赤纬δ的函数表达式，即：

c_i(t)＝f_i(α,δ,t),i＝1,2,…n,n＞2。

优选地，所述步骤S2包括：