[发明专利]一种通用的姿态指向一体化设计方法

说明书

本发明公开了一种通用的姿态指向一体化设计方法，包括如下步骤：根据指向轴与约束轴的约束建立指向坐标系；根据空间指向和空间约束建立惯性空间参考坐标系；计算参考系到本体系旋转四元数和目标四元数。本发明基于姿态指向模式定义内容建立指向坐标系和参考坐标系；以指向坐标系结合姿态偏置角为目标，控制参考坐标系与指向坐标系一致；该姿态指向一体化设计方法概念清晰，通用化强，易于工程应用。

技术领域

本发明涉及飞行器姿态确定领域，具体涉及一种通用的姿态指向一体化设计方法。

背景技术

现有的姿态确定方法主要依赖于基于不同坐标系指向要求，基于不同的姿态敏感器组合进行不同的算法各自独立设计。在实际应用中，可能由于飞行器空间有限、低成本要求等原因，导致安装的敏感器配置数量和种类有限，因此需要采取一定的技术途径进行综合考虑，基于有限的测量敏感器资源保证姿态指向的多样性。

发明内容

为了解决或部分解决相关技术中存在的问题，本发明提供了一种通用的姿态指向一体化设计方法，基于姿态指向模式定义内容建立指向坐标系和参考坐标系；以指向坐标系结合姿态偏置角为目标，控制参考坐标系与指向坐标系一致。该姿态指向一体化设计方法概念清晰，通用化强，易于工程应用。

本发明提供了一种通用的姿态指向一体化设计方法，包括：

根据指向轴与约束轴的约束建立指向坐标系；

根据空间指向和空间约束建立惯性空间参考坐标系；

计算指向四元数和目标四元数。

可选地，所述根据指向轴与约束轴的约束建立指向坐标系，包括：

定义指向轴和约束轴；

建立指向坐标系。

可选地，所述定义指向轴和约束轴，包括：

定义X轴为指向轴；

定义Z轴为约束轴；

其中，X轴与Z轴互相垂直；

其中，β₁、α₁为指向矢量方向在本体系形成的高低角和方位角；β₂、α₂为约束矢量方向在本体系形成的高低角和方位角。

可选地，所述建立指向坐标系，包括：

计算Y轴：Y_z＝Z_z×X_z，并进行归一化处理；

构建指向系到本体系旋转矩阵：A_z2b＝[X_z Y_z Z_z]，并由转换矩阵A_z2b计算指向系到本体系旋转四元数q_z2b。

可选地，所述根据空间指向和空间约束建立惯性空间参考坐标系，包括：

根据空间指向确定参考坐标系X轴在惯性系矢量；

根据约束轴确定参考坐标系Y轴在惯性系矢量；

建立参考坐标系。

可选地，所述根据空间指向确定参考坐标系X轴在惯性系矢量，包括：

若空间指向为太阳，X_ref＝suni；若空间指向为地心，若空间指向为速度正方向，若空间指向为速度负方向，若空间指向为轨道面法线正方向，若空间指向为轨道面法线负方向，若空间指向为目标，可根据目标的具体情况进行设计；