一种高精度星敏感器外场精度测试方法

摘要

本发明公开了一种高精度星敏感器外场精度测试方法，本发明利用岁差修正公式、地球自转模型、大气修正模型、功率谱密度公式，实现了星敏感器星图姿态的准确计算、姿态的短周期误差项的频域剥离，实现了星敏感器姿态测量误差的快速、有效分析评价，该方法不占用硬件资源，软件实现，无需地面干预；本发明结合星敏感器的姿态识别原理，通过采用数据平滑的方法，计算出了各帧星图时刻的姿态真值，为后续姿态测量误差的分析奠定了基础；本发明采用时域与频域分析相结合的方法，通过功率谱密度分析，将短周期误差项分解成空域低频误差、高频误差、时域误差，为进一步评价星敏感器精度指标提供了合理的数据支撑，有助于改善星敏感器指标性能。

主权项

一种高精度星敏感器外场精度测试方法，其特征在于步骤如下：(1)星敏感器通过观测星空对恒星进行匹配识别，得到卫星需要的姿态四元数和星图样本；(2)将天文学中的J2000地心惯性系转换到观测初始时刻的地心惯性系，实现对J2000地心惯性系的岁差补偿，将J2000地心惯性系的岁差修正至观测初始时刻对应的地心惯性系；(3)利用地球自转角速度值ω，第一帧星图对应时刻的地心惯性系按照曝光时间间隔序列ΔT_i分别绕Z轴旋转，得到后续各帧星图对应时刻的虚拟地心惯性系，第一帧星图对应时刻的地心惯性系为经过步骤(2)修正后的观测初始时刻对应的地心惯性系；(4)利用地球自转模型将各帧星图中的导航星矢量坐标转换为各个虚拟地心惯性系下的矢量坐标；(5)对经过步骤(4)处理的各帧星图导航星矢量坐标进行大气折射修正，建立各帧星图导航星矢量矩阵；(6)对各帧星图恒星观测矢量阵以及经过步骤(5)建立的各帧星图导航星矢量矩阵，利用QUEST算法求解出第一帧星图的姿态真值；(7)根据步骤(6)得到的第一帧星图的姿态真值和地球自转模型，按照坐标系旋转关系，递推出后续各帧星图的姿态真值；(8)计算各帧星图姿态真值对应的坐标轴和姿态实测值对应的坐标轴之间的夹角误差，利用“画圆法”计算出短周期项误差；(9)计算短周期项误差的功率谱密度分布，按照功率谱密度分布将短周期项误差划分为低频误差、高频误差以及时域误差，进而对低频误差、高频误差以及时域误差的功率谱进行分段傅里叶逆变换；(10)对低频误差、高频误差以及时域误差对应不同频率带的误差样本进行误差分析，分别计算出低频误差、高频误差以及时域误差的数值；(11)完成测试。