[发明专利]一种基于四元数差值融合星敏感器数据的方法

说明书

本发明涉及一种基于四元数差值融合星敏感器数据的方法，包括：确定两个星敏感器的测量精度和动态跟踪角速率，其中所述两个星敏感器的视轴彼此平行，基于由两个星敏感器输出的姿态四元数计算误差四元数以确定误差空间轴及空间角；根据所述两个星敏感器的测量精度和动态跟踪角速率确定两个星敏感器的数据融合的权重比例系数，并且在此基础上确定融合空间角并得到融合差值四元数；以及根据融合差值四元数及两个星敏感器的输出四元数确定所述两个星敏感器的星敏感器数据融合四元数。通过该方法，可以进行满足视轴安装方向相同的两个星敏感器的数据融合，从而有效提高定姿精度。

技术领域

本发明总的来说涉及航天器姿态控制技术领域，具体而言涉及一种基于四元数差值融合星敏感器数据的方法。

背景技术

随着卫星研制技术逐渐成熟和不断发展，卫星的应用范围也越来越广。这其中，观测侦查类功能的卫星占了很大比例，该类卫星的一大特点是高精度定姿，而定姿精度的高低，直接决定了任务的成败。卫星的定姿精度主要取决于传感器的精度。在卫星姿态控制系统中，目前精度最高的传感器为星敏感器，其精度可达角秒量级。星敏感器的工作原理是以一定星等的恒星为基准，测量其相对于航天器的角位置，并将其与星历表中该星的角位置参数进行比对，从而确定航天器的位置。在实际应用中，由于机械安装路、控制线等环节的误差干扰，星敏感器无法达到理想的定姿精度，需要采取数据融合等算法对星敏感器的测量数据进行处理，以提高星敏感器的定姿精度。

工程上，星敏感器的数据融合主要采用双矢量定姿算法，以多星敏感器视轴方向为基准，对星敏感器进行数据融合，以达到提高定姿精度的目的。然而，由于双矢量定姿算法以星敏感器视轴方向为基准，因此其融合算法仅适用于星敏感器的视轴不平行的情况。而为了保证星敏感器能够连续稳定输出高精度的姿态，某些卫星会配置视轴平行的两个星敏感器，使得在理论上两个星敏感器的输出姿态四元数应该方向一致，因此在该情况下，双矢量定姿算法并不适用，从而无法达到数据融合、提高定姿精度的目的。

目前需要一种适用于视轴平行的星敏感器的数据融合方案。

发明内容

本发明的任务是提供一种基于四元数差值融合星敏感器数据的方法，通过该方法，可以在考虑到由于两个星敏感器的机械安装误差、测量误差、热形变误差等原因造成的两个星敏感器输出的四元数不完全相同这一情况下进行满足视轴安装方向相同的两个星敏感器的数据融合，从而有效提高定姿精度。

根据本发明，该任务通过一种基于四元数差值融合星敏感器数据的方法来解决，该方法包括：

确定两个星敏感器的测量精度和动态跟踪角速率，其中所述两个星敏感器的视轴彼此平行，

基于由两个星敏感器输出的姿态四元数计算误差四元数以确定误差空间轴及空间角；

根据所述两个星敏感器的测量精度和动态跟踪角速率确定两个星敏感器的数据融合的权重比例系数，并且在此基础上确定融合空间角并得到融合差值四元数；以及

根据融合差值四元数及两个星敏感器的输出四元数确定所述两个星敏感器的星敏感器数据融合四元数。

在本发明的一个优选方案中规定，确定两个星敏感器的测量精度和动态跟踪角速率包括：

在稳态跟踪的情况下确定两个星敏感器的测量精度和动态跟踪角速率；以及

在姿态机动的情况下确定两个星敏感器的测量精度和动态跟踪角速率。

在本发明的另一优选方案中规定，基于由两个星敏感器输出的姿态四元数计算误差四元数以确定误差空间轴及空间角包括：

确定两个星敏感器的实时输出的姿态四元数q_A和q_B：