一种高精度姿态/轨道一体化测量装置

摘要

本发明为一种高精度姿态/轨道一体化测量装置，由敏感器子系统、通信控制子系统、姿态/轨道解算与信息融合子系统组成，敏感器子系统由APSCMOS星敏感器、MEMS陀螺、微型GPS接收机构成，三个敏感器分别提供姿态四元数、惯性角速率、位置与速度测量的数字信号并以串行方式输入至通信控制子系统，通信控制子系统将接收的串行数字信号组帧为并行信号输出到姿态/轨道解算与信息融合子系统进行基于UDEKF轨道确定算法和基于SRSSUKF姿态确定算法，用姿态/轨道信息优化融合方法综合计算处理，得到完整的姿态/轨道测量信息，供航天器使用，本发明体积小、重量轻、功耗小、成本低，适用于微小航天器高精度姿态/轨道测量。

主权项

一种高精度姿态/轨道一体化测量装置，包括：敏感器子系统（1），实现对航天器的位置、速度、时间、惯性姿态、惯性角速率信息的采集，采集的信号为数字信号，以串行方式输出；通信控制子系统（2），接收敏感器子系统（1）输出的数字信号，并将其组帧为并行信号输出；姿态/轨道解算与信息融合子系统（3），接收通信控制子系统（2）输出的并行信号，并进行基于UDEKF轨道确定算法和基于SRSSUKF姿态确定算法，用姿态/轨道信息优化融合方法进行综合计算与处理，得到完整的姿态/轨道测量信息，供航天器使用；其特征在于，所述的敏感器子系统（1）包括：APS CMOS星敏感器（11），实现对恒星星光的敏感与处理，将计算获得的姿态四元数信息以数字信号的形式输入到通信控制子系统（2）；MEMS陀螺（12），敏感三个互相垂直方向上的角速率信息，将计算获得的角速率信息以数字信号的形式输入到通信控制子系统（2）；微型GPS接收机（13），采集航天器的三维位置信息和速度信息，以数字信号的形式输入到通信控制子系统（2）；所述的通信控制子系统（2）包括：异步通信控制芯片（21）；逻辑控制芯片（22），与异步通信控制芯片（21）连接并配合用于将敏感器子系统（1）输入的串行数字信号按照协议规定组帧为并行信号数据，并输入到姿态/轨道解算与信息融合子系统（3）；电平转换电路（23），用于通信控制子系统（2）与后续电路的电平匹配；电源模块（24），为通信控制子系统（2）提供电源；时钟电路（25），为异步通信控制芯片（21）提供时钟信号；所述的姿态/轨道解算与信息融合子系统（3）包括：DSP芯片（31），接收通信控制子系统（2）输出的并行信号，并完成基于UDEKF算法的轨道参数解算、基于SRSSUKF算法的姿态参数解算以及用姿态/轨道信息优化融合方法进行综合计算与处理；电源模块（32），为DSP芯片（31）的内核和外围电路供电；SDRAM（33），用于存放DSP处理计算的中间和最终数据；FLASH（35），用于存放姿态/轨道解算算法和信息优化融合源程序、通信器件初始化及通信方式设置任务；时钟电路（36），为DSP芯片（31）提供时钟信号。