[发明专利]基于三星敏感器的卫星姿态确定方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及卫星高精度姿态确定技术，具体涉及一种适用于安装了三台及以上星敏感器的卫星的基于三星敏感器的卫星姿态确定方法和系统。

背景技术

随着星载对地观测任务的扩大，对卫星的控制精度、稳定度提出了越来越高的要求，特别是对卫星的指向精度的要求也越来越高。为了保证卫星的指向精度，需要通过高精度的姿态确定算法来保证卫星姿态解算精度。高精度姿态确定技术通常采用星敏感器来完成姿态解算。然而星敏感器姿态测量误差在光轴方向较大，在垂直光轴方向较小，在多星敏感器的条件下，可以使用星敏感器垂直光轴的姿态信息来补偿其它星敏感器光轴方向姿态测量精度的不足，来提高姿态确定精度。

目前国内的卫星姿态测量系统一般会配置3至4台星敏感器，但在卫星姿态解算过程中一般引入1台或者2台星敏感器的测量数据，并没有充分利用星上的有效资源，这就需要寻求一种充分整合有效数据的方法，提高姿态确定解算精度。

发明内容

本发明提供一种基于三星敏感器的卫星姿态确定方法和系统，降低星敏感器光轴较大的误差给姿态确定带来的影响，实现高精度的卫星三轴姿态确定。

为实现上述目的，本发明提供一种基于三星敏感器的卫星姿态确定方法，其特点是，该方法包含：

求取三台星敏感器的光轴矢量在卫星本体坐标系下的矩阵；

求取三台星敏感器的光轴矢量在惯性系坐标下的矩阵；

根据惯性系坐标与卫星本体坐标系的转换矩阵，及轨道坐标系对惯性坐标系的转换矩阵，求取轨道坐标系对卫星本体坐标系的姿态矩阵。

上述求取三台星敏感器的光轴矢量在卫星本体坐标系下的矩阵包含：

任意三台光轴矢量两两不共线的三个星敏感器在卫星本体坐标系下的安装矩阵分别为C_b1、C_b2和C_b3；

求取三台星敏感器光轴矢量在卫星本体坐标系下的分量，如式(1)：

式(1)中，表示#敏感器光轴矢量在&坐标系下的分量，其中i表示惯性坐标系，b表示卫星本体坐标系，o表示轨道坐标系，1、2、3分别表示相应的星敏感器以及其测量坐标系；

根据三台星敏感器的三个光轴矢量，求取其在卫星本体坐标系下分量组成的矩阵如式(2)：

上述求取三台星敏感器的光轴矢量在惯性系坐标下的矩阵包含：

根据三台星敏感器的测量数据，可得三个测量坐标系到惯性坐标系的转换矩阵，由此求取三个光轴矢量在惯性坐标系下分量，如式(3)：

式(3)中，含有*号的量为与星敏感器测量值有关的值；

根据三台星敏感器的测量数据，求取其光轴矢量在惯性坐标系下分量组成的矩阵如式(4)：

上述根据惯性系坐标与卫星本体坐标系的转换矩阵，及轨道坐标系对惯性坐标系的转换矩阵，求取轨道坐标系对卫星本体坐标系的姿态矩阵包含：

根据矢量定姿原理，求取惯性坐标系到卫星本体坐标系的转换矩阵，如式(5)：

对惯性坐标系到卫星本体坐标系的转换矩阵进行正交化，得正交化后的转换矩阵C_bi如式(6)：

式(6)中，E是单位矩阵；

根据正交化的惯性坐标系到卫星本体坐标系的转换矩阵C_bi和轨道坐标系对惯性坐标系的转换矩阵，求取轨道坐标系对卫星本体坐标系的姿态矩阵。如式(7)：

C_bo＝C_biC_io (7)。

一种基于三星敏感器的卫星姿态确定系统，其特点是，该系统包含：

卫星本体坐标系矩阵求取模块，其求取三台星敏感器的光轴矢量在卫星本体坐标系下的矩阵；

惯性系坐标矩阵求取模块，其根据三台星敏感器的测量数据求取其光轴矢量在惯性系坐标下的矩阵；

姿态矩阵求取模块，其根据惯性系坐标与卫星本体坐标系的转换矩阵，及轨道坐标系对惯性坐标系的转换矩阵，求取轨道坐标系对卫星本体坐标系的姿态矩阵。

上述卫星本体坐标系矩阵求取模块包含：

卫星本体坐标系分量求取模块，其根据三台星敏感器在卫星本体坐标系下的安装矩阵，求取三台星敏感器光轴矢量在卫星本体坐标系下的分量；

卫星本体坐标系矩阵计算模块，其根据三台星敏感器光轴矢量在卫星本体坐标系下的分量，求取三台星敏感器的光轴矢量在卫星本体坐标系下分量组成的矩阵。