一种自主导航系统误差校正方法

摘要

一种自主导航系统误差校正方法，基于紫外地球敏感器和星敏感器的自主导航系统中，采用紫外敏感器测量得到卫星本体系中地心矢量，采用星敏感器测量得到惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵。由于敏感器不可避免存在相对安装误差，滤波器无法消除该项系统误差，导致导航精度变差。本发明方法对紫外敏感器和星敏感器的相对安装误差进行了建模，将安装误差扩充为状态变量进行导航滤波。假定卫星一段时间内能通过GPS接收机或地面定轨获得高精度位置测量信息，则通过滤波可以对系统误差进行实时估计和校正。本发明方法操作简单，可以显著提高导航精度。

主权项

1.一种自主导航系统误差校正方法，其特征在于步骤如下：(1)基于紫外地球敏感器和星敏感器的自主导航系统中，紫外地球敏感器对地球进行观测，得到卫星本体系下的地心矢量值星敏感器对恒星观测，通过星图识别，得到惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵其中惯性系原点在地球中心，X轴正方向沿地球赤道面和黄道面的交线指向春分点，Z轴为赤道平面的法线，正方向指向北极方向，Y轴与X、Z轴成右手系；卫星本体系的原点在卫星质心，对于对地定向三轴稳定卫星Z轴指向地心，X轴与Z轴垂直并指向卫星速度方向，Y轴与X、Z轴成右手系；(2)设地球敏感器和星敏感器的安装误差角为Ф＝[φ_x φ_y φ_z]，则惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵测量值为$C_i^{b^{\prime }}=\{I_{3\times 3}-[\Phi \times \left]\right\}{C}_i^b,$式中为惯性系到卫星本体系的真实的姿态转换矩阵，[Ф×]为向量Ф构成的反对称矩阵，$[\Phi \times ]=\left[\begin{array}{ccc}0& {-\phi }_z& {\phi }_y\\ {\phi }_z& 0& -{\phi }_x\\ -{\phi }_y& {\phi }_x& 0\end{array}\right];$(3)根据步骤(1)和步骤(2)的结果，得到惯性系下地心方向矢量的测量方程为${\hat{u}}^I={\left(C_i^{b^{\prime }}\right)}^T{\hat{u}}^B={\left(C_i^b\right)}^T\{I_{3\times 3}+[\Phi \times \left]\right\}{\hat{u}}^B$(4)通过GPS接收机或地面定轨获得高精度位置测量信息，将安装误差角Ф的三个分量扩充为滤波状态变量其中r＝[x y z]为卫星的位置矢量，$\stackrel{·}{r}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_x& v_y& v_z\end{array}\right]$为卫星的速度矢量，将三个安装误差角与卫星位置矢量、卫星速度矢量一起作为状态变量，进行UKF导航滤波解算，对安装误差进行实时估计和校正。