基于地面控制的卫星长周期姿态误差修正方法

摘要

本发明公开了一种基于地面控制的卫星长周期姿态误差修正方法，主要包括三个步骤：步骤1，基于星敏感器光轴夹角计算长周期误差的频率和振幅初值；步骤2，利用地面控制点和外方位观测值计算姿态改正量；步骤3，利用步骤1计算的初值和步骤2的姿态改正量拟合出长周期误差。该方法通过对卫星长周期姿态的探测与修正可以进一步提高星敏陀螺联合处理的定姿精度，从而有助于提升测绘卫星的全球无控测图能力。

主权项

一种基于地面控制的卫星长周期姿态误差修正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，基于星敏感器光轴夹角计算长周期姿态误差的频率和振幅初值，其中，步骤1具体包括以下子步骤：步骤1.1，随机抽取一段卫星下传的数据，得到一组离散的以归一化四元数形式表示的姿态数据，所述姿态数据为第一星敏感器和第二星敏感器测量的姿态数据，其中，所述第一星敏感器测量的姿态数据优选的用四元数表示为：$q=\left[\begin{array}{c}\bar{q}\\ q_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{q}_1\\ q_2\\ q_3\\ q_4\end{array}\right],$其中，为矢量，q₄为标量，且满足约束方程：q₁²+q₂²+q₃²+q₄²＝1；所述第二星敏感器测量的姿态数据用四元数表示为：$q=\left[\begin{array}{c}{\bar{q}}^{\prime }\\ q_4^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{q}_1^{\prime }\\ q_2^{\prime }\\ q_3^{\prime }\\ q_4^{\prime }\end{array}\right],$其中，为矢量，q′₄为标量，且满足约束方程：q′₁²+q′₂²+q′₃²+q′₄²＝1。步骤1.2，计算所述第一星敏感器和第二星敏感器的光轴矢量，其中：所述第一星敏感器在某一个时刻的光轴矢量A为：A＝(2(q₁q₃+q₂q₄) 2(q₂q₃‑q₁q₄) ‑q₁²‑q₂²+q₃²+q₄²)；所述第二星敏感器在同一时刻的光轴矢量B为：B＝(2(q′₁q′₃+q′₂q′₄) 2(q′₂q′₃‑q′₁q′₄) ‑q′₁²‑q′₂²+q′₃²+q′₄²)；步骤1.3，基于所述第一星敏感器和第二星敏感器的光轴矢量，计算每一个时刻的所述第一星敏感器和第二星敏感器的光轴夹角实测值；步骤1.4，基于所述第一星敏感器和第二星敏感器在卫星本体上的安装矢量，计算所述第一星敏感器和第二星敏感器的光轴夹角安装值；步骤1.5，计算星敏感器的光轴夹角变化差值；步骤1.6，计算星敏感器的光轴夹角变化差值的频率和振幅的初值，并将所述星敏感器的光轴夹角变化差值的频率和振幅的初值作为所述长周期误差的频率和振幅初值。步骤2，利用地面控制点和外方位观测值计算姿态改正量；其中，步骤2具体包括以下子步骤：步骤2.1，将相机坐标系转换到卫星本体坐标系；步骤2.2，将卫星本体坐标系转换到J2000惯性坐标系；步骤2.3，将J2000惯性坐标系转换到WGS‑84坐标系；步骤2.4，基于步骤2.1至步骤2.3的坐标系转换，构建附加了姿态改正量的严密成像模型；步骤2.5，利用步骤2.4建立的严密成像模型，基于地面控制点和外方位观测值计算姿态改正量。步骤3，利用步骤1计算的初值和步骤2计算的姿态改正量拟合出长周期误差，获得长周期误差修正模型；其中，步骤3具体包括以下步骤：步骤3.1，针对步骤2解求的姿态改正量构建卫星姿态长周期误差模型：其中，振幅a_{Δω_1}、a_{Δκ_1}，截距c_Δω、c_Δκ，频率ω_Δω、ω_Δκ为待求参数。步骤3.2，基于最小二乘原理对振幅a_{Δω_1}、a_{Δκ_1}，截距c_Δω、c_Δκ，频率ω_Δω、ω_Δκ进行解算，将解算得到的最终的参数值a_{Δω_1}，a_{Δκ_1}，ω_Δω，ω_Δκ，c_Δω，c_Δκ代入到所述卫星姿态长周期误差模型，即得到了长周期误差修正模型。