一种多探头星敏感器融合姿态测试方法

摘要

一种多探头星敏感器融合姿态测试方法，从星敏感器误差特性出发，分解分类并拟定对应姿态测试方法，解决了一类多探头星敏感器融合姿态测试无章可循的问题，为星敏感器在系统级的融合应用提供指导。本发明所述的系统误差测试方法和周期误差测试方法，可摸索该类星敏感器的融合定姿能力边界，进一步可为星敏感器支架、整星热控、力学结构设计提供约束，有利于高精度卫星方案实施。

主权项

一种多探头星敏感器融合姿态测试方法，其特征在于包括如下步骤：(1)当进行随机误差测试时转入步骤(2)，当进行系统误差测试时，转入步骤(4)，当进行周期误差测试时，转入步骤(6)，当进行岁差光行差测试时，转入步骤(7)；(2)获取星敏感器理论测量姿态矩阵C_SI、星敏感器光轴噪声指标σ_x、星敏感器横轴噪声指标σ_z，计算得到随机误差下的星敏感器测量姿态矩阵tempC为$tempC=C_{SI}+\left[\begin{array}{ccc}randn\left({\sigma }_x\right)& randn\left({\sigma }_x\right)& randn\left({\sigma }_x\right)\\ 0& 0& 0\\ randn\left({\sigma }_z\right)& randn\left({\sigma }_z\right)& randn\left({\sigma }_z\right)\end{array}\right]$式中，randn(σ)表示产生均值为0、均方差为σ的高斯噪声，σ的取值为σ_x或者σ_z；(3)对随机误差下的星敏感器测量姿态矩阵tempC进行正交归一化处理，得出星敏感器实际测量姿态矩阵其中，为的第1行，为的第2行，为的第3行，norm为向量L2范数归一化函数，×为向量叉乘算子$\left\{\begin{array}{c}{\bar{C}}_{SI}3=norm\left(tempC3\right)\\ {\bar{C}}_{SI}2=norm(tempC3\times tempC1)\\ {\bar{C}}_{SI}1=norm({\bar{C}}_{SI}2\times {\bar{C}}_{SI}3)\end{array}\right.;$转入步骤(9)；(4)获取星敏感器在所安装卫星的本体坐标系下的的等效安装偏差Δx、Δy、Δz，计算得到星敏感器安装偏差矩阵ΔC_SB为ΔC_SB＝R_y(Δy)·R_x(Δx)·R_z(Δz)其中，R_x(υ)为绕卫星本体坐标系中X轴转动角度υ时的方向余弦阵、R_y(υ)为绕卫星本体坐标系中Y轴转动角度υ时的方向余弦阵、R_z(υ)为绕卫星本体坐标系中Z轴转动角度υ时的方向余弦阵；(5)获取星敏感器的理论安装矩阵C_SB、卫星惯性姿态矩阵C_BI，计算得到当前星敏感器的实际测量姿态矩阵为${\bar{C}}_{SI}={\mathrm{\Delta C}}_{SB}·C_{SB}·C_{BI};$转入步骤(9)；(6)接收外部发送的旋转轴选择指令，并选择旋转轴，获取星敏感器干扰幅值A_ST、星敏感器干扰周期T_ST，当选择的旋转轴为光轴时，计算得到干扰影响下的星敏感器测量误差矩阵ΔC_X为${\mathrm{\Delta C}}_X=R_x\left(A_{ST}sin\frac{2\pi t}{T_{ST}}\right);$当选择的旋转轴为横轴时，计算得到干扰影响下的星敏感器测量误差矩阵ΔC_Z为${\mathrm{\Delta C}}_Z=R_z\left(A_{ST}sin\frac{2\pi t}{T_{ST}}\right);$然后根据星敏感器测量误差矩阵ΔC_X或ΔC_Z、理论测量姿态矩阵C_SI，计算当前星敏感器实际测量姿态矩阵为或转入步骤(9)；其中，t为星敏感器测量时刻；所述的旋转轴选择指令包括光轴或者横轴；所述的旋转轴包括光轴、横轴；(7)获取当前历元时，然后计算星敏感器的岁差补偿矩阵C_PR为$C_{PR}=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -\psi sinϵ-{\theta }_A\\ 0& 1& {\theta }_A{\zeta }_A-\Delta ϵ\\ \psi sinϵ+{\theta }_A& -{\theta }_A{\zeta }_A+\Delta ϵ& 1\end{array}\right]$其中，ζ_A、θ_A、ε、ψ、Δε为岁差描述参数；(8)获取星敏感器的理论测量姿态矩阵C_SI，计算得到当前星敏感器实际测量姿态矩阵为${\bar{C}}_{SI}=C_{SI}·C_{PR}$转入步骤(9)；(9)计算当前星敏感器实际测量姿态矩阵对应的四元数然后获取星敏感器实际测量输出的四元数q_SI，计算得到误差四元数为$\tilde{q}=q_{SI}^{-1}\otimes {\bar{q}}_{SI}$式中，为q_SI的共轭四元数，为四元数乘法算子；然后根据误差四元数计算得到当前星敏感器的三轴等效姿态误差e_x、e_y、e_z为$e_x=2\tilde{q}\left(1\right)$$e_y=2\tilde{q}\left(2\right)$$e_z=2\tilde{q}\left(3\right)$式中，表示误差四元数的第i个分量，i＝1，2，3。