[发明专利]一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法

摘要

本发明涉及一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法，为计算出陀螺在轨的实际安装矩阵，需要卫星在惯性空间中以陀螺积分的定姿方式依次绕星体的X、Y、Z轴以固定角速度单轴旋转，并将星敏感器与陀螺的数据进行下传，将陀螺角速度转换到星体坐标系下后通过四阶龙格库塔积分解算出姿态，并与星敏感器解算出的姿态进行联立可解算出姿态矩阵。本发明的方法通过三次特定的姿态机动过程即可完成安装矩阵的计算，计算过程简单，计算结果准确，适用于卫星在轨陀螺安装矩阵的标定。

主权项

1.一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法，其特征在于，包括以下步骤：为计算出陀螺在轨的实际安装矩阵，需要卫星在惯性空间中以陀螺积分的定姿方式依次绕星体的X、Y、Z轴以某一固定角速度旋转，其余两轴的期望角速度均为0，并将星敏感器与陀螺的数据进行下传；首先定义卫星本体坐标系、测量坐标系和地球惯性坐标系3种坐标系；1)卫星本体坐标系卫星本体坐标系是指固连于卫星的ObXbYbZb直角坐标系，亦称控制坐标系，坐标原点Ob在卫星的质心处，三坐标轴分别平行于星体安装坐标系OsXsYsZs的各坐标轴，并且方向一致；2)测量坐标系测量坐标系是指OcXcYcZc直角坐标系，其坐标原点为测量敏感器质心Oc，+Xc、+Yc、+Zc轴的指向由测量敏感器定义，+Xc轴与+Yc、+Zc轴成右手直角坐标系，测量坐标系相对卫星本体坐标系的关系由测量敏感器的安装矩阵决定；3)地球惯性坐标系J2000地球惯性坐标系是指OiXiYiZi直角坐标系，坐标系原点为地心Oi；Xi轴指向平春分点，2000年1月1日12时；Zi轴指向平北极，2000年1月1日12时，JD＝2451545.0；Yi轴和Xi、Zi轴构成右手直角坐标系，此坐标系也为地球惯性坐标系J2000，此坐标系为姿态测量基准和轨道测量基准；卫星陀螺安装矩阵的在轨标定方法的实施步骤如下：1)星敏感器定姿的姿态解算通过星敏感器输出的惯性坐标系到测量坐标系四元数Qstar与星敏感器测量坐标系到卫星本体坐标系的安装矩阵Qinstall，解算出星敏定姿的卫星惯性坐标系到卫星本体坐标系的姿态四元数Qib；2)陀螺定姿的姿态解算陀螺积分的定姿通过四阶龙格库塔法实现，输入的计算量为初始状态的定姿四元数Qbefore、即星敏感器定姿姿态初值，陀螺角速度初值wbefore、陀螺角速度末值wafter、即陀螺测量值，积分步长dT，即控制周期；计算的过程如下：wbefore＝[0 wbefore(1) wbefore(2) wbefore(3)]wafter＝[0 wafter(1) wafter(2) wafter(3)]其中，wmid为角速度中间值，k1,k2,k3,k4为四阶龙格库塔法中的斜率，q1,q2,q3为计算的中间变量，Qafter为解算出的定姿四元数末值；3)陀螺安装矩阵解算卫星在惯性空间中采用陀螺积分的定姿方式以固定角速度w0绕单轴旋转时，由于陀螺安装矩阵的不准确性，表现为陀螺积分定姿出的姿态与期望一致而实际指向偏离期望值，卫星的真实姿态需通过星敏定姿解算出，通过三次绕星体单轴旋转的姿态数据，可计算出完整的陀螺安装矩阵。