[发明专利]一种聚合式星敏感器及其卫星姿态确定方法

摘要

本发明公开了一种聚合式微型星敏感器及一种基于四元数估计和聚合式微型星敏感器的卫星姿态确定方法；一种聚合式微型星敏感器，包括至少一个微型星敏感器单元，微型星敏感器单元至少为四面体结构，包括一个孔径面(3)，其余面均为接口面(4)，接口面(4)相互呈非90°夹角；光学系统(1)和遮光罩位于孔径面(3)中部；微型星敏感器单元之间、微型星敏感器单元与卫星之间通过机械接口(6)连接；微型光学系统(1)、陀螺(2)均与电信接口(5)连接，与外界进行数据通信并获得供电。本发明使用多个低成本分布式微型敏感单元，通过网络互联与信息交互融合，实现聚弱成强，获得增强的姿态确定精度，并且增加了系统鲁棒性。

主权项

1.一种基于四元数估计和聚合式微型星敏感器的卫星姿态确定方法，其特征在于，包括步骤如下：I.获得节点i的姿态四元数测量值经过滤波处理，得到节点i的姿态估计值获得节点j的姿态四元数测量值经过滤波处理，得到节点j的姿态估计值其中，节点j、节点i分别为独立的微型星敏感器单元，i为正整数，j为正整数，i≠j；k为离散时间，k为非负整数，ξ为姿态四元数一致性迭代次数，ξ为正整数；II.对节点i的姿态估计值与节点j的姿态估计值进行一致性处理，获得节点i的姿态估计值与节点j的姿态估计值的姿态信息差值III.将节点i与除节点i外的其他全部节点的姿态信息差值δ_k(j,ξ)叠加获得姿态信息差值修正值ρ_k(i,ξ)：其中，d_k为调谐参数，a_ij,k(i,j)为临近矩阵，δ_k(j,ξ)为的矢量部分；d_k＝n，n为节点个数，为正整数；如果节点i和节点j能连通，a_ij,k(i,j)＝1；如果节点i和节点j不能连通，a_ij,k(i,j)＝0；IV.使用节点i姿态信息差值修正值ρ_k(i,ξ)修正节点i的姿态估计值获得节点i修正后的四元数估计值V.重复步骤I到步骤IV得到各节点第ξ+1次迭代后的姿态四元数估计值VI.重复步骤I到步骤V，ξ＝l时，得到各节点在经过l次一致性处理后的姿态四元数估计值其中，l为正整数；VII.将步骤VI得到的节点i的经过l次一致性处理后的姿态四元数估计值进行滤波处理，并根据滤波结果得到陀螺漂移估计值通过公式得到节点i的角速度估计值其中，为陀螺的角速度测量值，为陀螺漂移一步状态更新矩阵，Δb_k(i)为陀螺漂移误差矩阵，为k‑1时刻的陀螺漂移估计值；δρ_k(i)为的矢量部分；为增益矩阵，为姿态四元数一步状态更新矩阵，Φ_k‑1(i)为姿态四元数状态转移矩阵，为在k‑1时刻节点i的经过l次一致性处理后的姿态四元数估计值；VIII.重复步骤VII，获得各节点的角速度估计值IX.对各节点的角速度估计值进行一致性处理，得到各节点经过一致性处理后的角速度估计值n为节点个数，为正整数，选取某节点的经过一致性处理后的角速度估计值作为最终的卫星角速度估计值；X.选取某节点的经过l次一致性处理后的姿态四元数估计值作为最终的卫星姿态四元数估计值，利用最终的姿态四元数估计值和最终的角速度估计值确定卫星姿态。