一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)包括：一陀螺，連接至一姿態(tài)預(yù)估模塊；一星敏感器，輸出的姿態(tài)角和陀螺輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及一第一信息分配系數(shù)通過第一子濾波器輸出第一誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至數(shù)據(jù)融合模塊；一太陽敏感器，輸出的太陽矢量和陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及一第二信息分配系數(shù)通過第二子濾波器輸出第二誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至數(shù)據(jù)融合模塊；一磁強計，輸出的地磁矢量和陀螺輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及一第三信息分配系數(shù)通過第三子濾波器輸出第三誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至數(shù)據(jù)融合模塊；所述數(shù)據(jù)融合模塊分別與第一、第二、第三子濾波器相連；一姿態(tài)修正模塊，與姿態(tài)預(yù)估模塊和數(shù)據(jù)融合模塊相連。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天姿態(tài)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說，是一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器 數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)及方法。 一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)及方法

【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星的姿態(tài)信息是衛(wèi)星正確完成飛行任務(wù)的重要依據(jù)。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，對 衛(wèi)星姿態(tài)確定精度和可靠度提出了越來越高的要求。由于各種敏感器的基準不同以及產(chǎn)生 誤差的機理不同，因此必須采用多敏感器數(shù)據(jù)信息融合技術(shù)來提高定姿的精度和可靠度。 現(xiàn)有的多敏感器數(shù)據(jù)信息融合技術(shù)只是將輸入的各個敏感器數(shù)據(jù)信息進行融合，但是未考 慮敏感器失效的情況。不同的敏感器在衛(wèi)星不同的任務(wù)段為有效。為了使多敏感器數(shù)據(jù)信 息融合方法有效，需要通過多敏感器的數(shù)據(jù)信息以判斷其有效狀態(tài)，而且當只有兩種敏感 器的數(shù)據(jù)信息進行融合時，若其中一種敏感器的數(shù)據(jù)信息失效時，則整個數(shù)據(jù)信息融合技 術(shù)就失效了。因此，現(xiàn)有技術(shù)不能充分發(fā)揮多敏感器數(shù)據(jù)信息動態(tài)融合的優(yōu)勢。
[0003] 有鑒于此，亟需提供一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)及方法，以 保證衛(wèi)星能夠精確實現(xiàn)其任務(wù)需求以及提高衛(wèi)星的安全性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)及方 法，其能夠更好地解決敏感器有效性對數(shù)據(jù)信息融合的影響，提高數(shù)據(jù)信息融合的靈活性 和可靠性，有效提高衛(wèi)星的精度和安全性。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0006] -種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，包括：一陀螺，用于測量姿態(tài)角 速度，并且連接至一姿態(tài)預(yù)估模塊；一星敏感器，用于測量姿態(tài)角，并且所述姿態(tài)角和所述 陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及一信息分配模塊所輸出的一第一信息分配系數(shù)一起通 過一第一子濾波器輸出一第一誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至一數(shù)據(jù)融合模塊；一太陽敏感 器，用于測量太陽矢量，并且所述太陽矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述 信息分配模塊所輸出的一第二信息分配系數(shù)一起通過一第二子濾波器輸出一第二誤差狀 態(tài)變量估計值并傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊；一磁強計，用于測量地磁矢量，并且所述地磁矢 量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述信息分配模塊所輸出的一第三信息分配 系數(shù)一起通過一第三子濾波器輸出一第三誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至所述數(shù)據(jù)融合模 塊；所述數(shù)據(jù)融合模塊分別與所述第一子濾波器、第二子濾波器和第三子濾波器相連，用于 根據(jù)第一誤差狀態(tài)變量估計值、第二誤差狀態(tài)變量估計值和第三誤差狀態(tài)變量估計值，進 行數(shù)據(jù)信息融合，以獲得誤差狀態(tài)變量全局估計值；一姿態(tài)修正模塊，分別與所述姿態(tài)預(yù)估 模塊和數(shù)據(jù)融合模塊相連，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)融合模塊的誤差狀態(tài)變量全局估計值，對所 述姿態(tài)預(yù)估模塊輸出的姿態(tài)預(yù)估值進行修正，以獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。
[0007] 作為可選的技術(shù)方案，所述姿態(tài)預(yù)估模塊與所述信息分配模塊相連，用于控制信 息分配模塊中的第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)。
[0008] 作為可選的技術(shù)方案，所述第一子濾波器、第二子濾波器和第三子濾波器均為擴 展卡爾曼濾波器。
[0009] 作為可選的技術(shù)方案，所述第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分 配系數(shù)相加等于1。
[0010] 作為可選的技術(shù)方案，所述姿態(tài)預(yù)估模塊、數(shù)據(jù)融合模塊以及姿態(tài)修正模塊均設(shè) 置在同一主濾波器中。
[0011] 本發(fā)明的另一目的，在于提供一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合方法， 采用上述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，包括以下步驟：（1) 一陀螺輸出 一姿態(tài)角速度至一姿態(tài)預(yù)估模塊；（2)通過一星敏感器所輸出的一姿態(tài)角和所述陀螺所輸 出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及一信息分配模塊所輸出的一第一信息分配系數(shù)一起輸入一第一 子濾波器，以獲得一第一誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至一數(shù)據(jù)融合模塊；(3)通過一太 陽敏感器所輸出的一太陽矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述信息分配模 塊所輸出的一第二信息分配系數(shù)一起輸入一第二子濾波器，以獲得一第二誤差狀態(tài)變量估 計值，并且傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊；（4)通過一磁強計所輸出的一地磁矢量和所述陀螺 所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述信息分配模塊所輸出的一第三信息分配系數(shù)一起輸入 一第三子濾波器，以獲得一第三誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊；（5) 通過所述數(shù)據(jù)融合模塊所接收到的第一誤差狀態(tài)變量估計值、第二誤差狀態(tài)變量估計值和 第三誤差狀態(tài)變量估計值進行數(shù)據(jù)信息融合，并且獲得誤差狀態(tài)變量全局估計值；(6)通 過所述誤差狀態(tài)變量全局估計值對所述姿態(tài)預(yù)估模塊所輸出的一姿態(tài)預(yù)估值進行修正，以 獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。
[0012] 作為可選的技術(shù)方案，在步驟（1)之前進一步包括步驟：分別判斷所述陀螺的第 一標志位、所述星敏感器的第二標志位、所述太陽敏感器的第三標志位以及所述磁強計的 第四標志位是否有效；若所述第一標志位、第二標志位、第三標志位和第四標志位均為有 效，則分別判斷所述陀螺與星敏感器之間形成的第一標準差、所述陀螺與太陽敏感器之間 形成的第二標準差、以及所述陀螺與磁強計之間形成的第三標準差是否分別在預(yù)設(shè)定的第 一閾值范圍、第二閾值范圍和第三閾值范圍之內(nèi)；若是，則確定所述陀螺、星敏感器、太陽敏 感器和磁強計為有效。
[0013] 作為可選的技術(shù)方案，所述第一子濾波器、第二子濾波器和第三子濾波器均為擴 展卡爾曼濾波器。
[0014] 作為可選的技術(shù)方案，所述第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分 配系數(shù)相加等于1。
[0015] 作為可選的技術(shù)方案，所述姿態(tài)預(yù)估模塊、數(shù)據(jù)融合模塊以及姿態(tài)修正模塊均設(shè) 置在同一主濾波器中。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點在于，在衛(wèi)星姿態(tài)信息高精度、高可靠度需求的要求下，提供一種改 進的多個敏感器數(shù)據(jù)信息動態(tài)融合系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)通過敏感器的仲裁判讀，選擇有效 的敏感器的數(shù)據(jù)信息進行融合，從而提高系統(tǒng)的可靠性；每個子濾波器能夠通過分配的數(shù) 據(jù)信息系數(shù)來確定對結(jié)果的影響程度，從而得出最優(yōu)的姿態(tài)結(jié)果。本系統(tǒng)及其方法為姿態(tài) 精度的提高提供了一個新的思路，并且能夠在軌試驗考核的條件下滿足要求。因此，本系統(tǒng) 及其方法能夠為多顆在研科學(xué)試驗衛(wèi)星所借鑒繼承，并且具有較好的工程應(yīng)用前景和推廣 價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明一實施例的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明一實施例的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合方法的步驟示 意圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng) 及方法的【具體實施方式】做詳細說明。
[0020] 參見圖1所示，本發(fā)明提供一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，包 括：一陀螺101、一星敏感器102、一太陽敏感器103、一磁強計104、一分別與所述陀螺101 和星敏感器102相連的第一子濾波器112、一分別與所述陀螺101和太陽敏感器103相連的 第二子濾波器113、一分別與所述陀螺101和磁強計104相連的第三子濾波器114、一分別 與第一子濾波器112、第二子濾波器113和第三子濾波器114相連的信息分配模塊111、一 與所述陀螺101相連的姿態(tài)預(yù)估模塊121、一分別與所述第一子濾波器112、第二子濾波器 113和第三子濾波器114相連的數(shù)據(jù)融合模塊122,以及一分別與所述姿態(tài)預(yù)估模塊121和 數(shù)據(jù)融合模塊122相連的姿態(tài)修正模塊131。
[0021] 其中，所述陀螺101用于測量姿態(tài)角速度，并且輸出一姿態(tài)角速度并傳送至所述 姿態(tài)預(yù)估模塊121。所述星敏感器102用于測量姿態(tài)角，并且其輸出的一姿態(tài)角和所述陀螺 101所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述信息分配模塊111所輸出的一第一信息分配系數(shù)一 起通過所述第一子濾波器112輸出一第一誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至所述數(shù)據(jù)融合模 塊 122。
[0022] 所述太陽敏感器103用于測量太陽矢量，并且其輸出的一太陽矢量和所述陀螺 101所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述信息分配模塊111所輸出的一第二信息分配系數(shù)一 起通過所述第二子濾波器113輸出一第二誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至所述數(shù)據(jù)融合模 塊 122。
[0023] 所述磁強計104用于測量地磁矢量，并且其輸出的一地磁矢量和所述陀螺101 所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述信息分配模塊111所輸出的一第三信息分配系數(shù)一起 通過所述第三子濾波器114輸出一第三誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊 122。
[0024] 所述數(shù)據(jù)融合模塊122分別與所述第一子濾波器112、第二子濾波器113和第三子 濾波器114相連，用于根據(jù)第一誤差狀態(tài)變量估計值、第二誤差狀態(tài)變量估計值和第三誤 差狀態(tài)變量估計值，進行數(shù)據(jù)信息融合，以獲得誤差狀態(tài)變量全局估計值。
[0025] 所述姿態(tài)修正模塊131，分別與所述姿態(tài)預(yù)估模塊121和數(shù)據(jù)融合模塊122相連， 用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)融合模塊122的誤差狀態(tài)變量全局估計值，對所述姿態(tài)預(yù)估模塊121輸 出的姿態(tài)預(yù)估值進行修正，從而獲得陀螺101的姿態(tài)參數(shù)，進而可以正確獲得衛(wèi)星的姿態(tài) 信息。
[0026] 進一步，所述第一子濾波器112、第二子濾波器113和第三子濾波器114均為擴展 卡爾曼濾波器。
[0027] 在本發(fā)明的實施中，所述姿態(tài)預(yù)估模塊121與所述信息分配模塊111相連，用于控 制信息分配模塊111中的第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)。所 述第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)相加等于1，可以消除子濾波 器之間由于公用的陀螺信息所帶來的相關(guān)性，各自濾波器的濾波可以獨立進行。而在其他 實施例中，所述信息分配模塊111直接控制第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三 信息分配系數(shù)。其中，第一信息分配系數(shù)為，第二信息分配系數(shù)為式義g，第三信息分 配系數(shù)為爲。所述第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)相加等 于1，即t A =丨。P為估計的均方誤差陣，β為信息分配系數(shù)，下標g的含義為建立在所有 /:1 測量上的濾波結(jié)果，即全局估計，i (i = 1，2, 3)為子濾波器，C為公共參考系統(tǒng)的陀螺。另 夕卜，第一誤差狀態(tài)變量估計值為3\1汁。1;第二誤差狀態(tài)變量估計值為6乂。2汁。 2;第三誤差 狀態(tài)變量估計值為δχε3，ρε3。誤差狀態(tài)變量全局估計值為δχ@ρ ε8。δΧ為誤差狀態(tài)變量 的估計，Ρ為估計的均方誤差陣，β為信息分配系數(shù)；下標g的含義為建立在所有測量上的 濾波結(jié)果，即全局估計，i (i = 1，2, 3)為子濾波器，C為公共參考系統(tǒng)陀螺。
[0028] 其中：
[0029] 所述第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)符合信息守恒定 律。根據(jù)所述第一子濾波器112、第二子濾波器113和第三子濾波器114對所述微小衛(wèi)星平 臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)的影響大小不同而分配不同的系數(shù)（第一信息分配系數(shù)、 第二信息分配系數(shù)以及第三信息分配系數(shù)）。例如，所述星敏感器102的敏感系數(shù)較高，精 度較高，對所述系統(tǒng)影響較大，因此，對第一信息分配系數(shù)設(shè)定相對較大的值。而磁強計104 的敏感系數(shù)較低，精度較低，對所述系統(tǒng)影響較小，因此，對第二信息分配系數(shù)設(shè)定相對較 小的值。本發(fā)明對第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)以及第三信息分配系數(shù)的分配需 根據(jù)實際情況而定，而并非上述所舉例的情況。
[0030] 另外，在本發(fā)明的實施例中，所述姿態(tài)預(yù)估模塊121、數(shù)據(jù)融合模塊122以及姿態(tài) 修正模塊131均設(shè)置在同一主濾波器140中。
[0031] 參見圖2,本發(fā)明還提供一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合方法，采用 所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，包括以下步驟：步驟S210、一陀螺輸 出一姿態(tài)角速度至一姿態(tài)預(yù)估模塊；步驟S220、通過一星敏感器所輸出的一姿態(tài)角和所述 陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及一信息分配模塊所輸出的一第一信息分配系數(shù)一起輸 入一第一子濾波器，以獲得一第一誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至一數(shù)據(jù)融合模塊；步 驟S230、通過一太陽敏感器所輸出的一太陽矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及 所述信息分配模塊所輸出的一第二信息分配系數(shù)一起輸入一第二子濾波器，以獲得一第二 誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊；步驟S240、通過一磁強計所輸出的 一地磁矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述信息分配模塊所輸出的一第三 信息分配系數(shù)一起輸入一第三子濾波器，以獲得一第三誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至 所述數(shù)據(jù)融合模塊；步驟S250、通過所述數(shù)據(jù)融合模塊所接收到的第一誤差狀態(tài)變量估計 值、第二誤差狀態(tài)變量估計值和第三誤差狀態(tài)變量估計值進行數(shù)據(jù)信息融合，并且獲得誤 差狀態(tài)變量全局估計值；步驟S260、通過所述誤差狀態(tài)變量全局估計值對所述姿態(tài)預(yù)估模 塊所輸出的一姿態(tài)預(yù)估值進行修正，以獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。
[0032] 以下將結(jié)合圖1和圖2對上述步驟進行詳細說明。
[0033] 步驟S210 :-陀螺輸出一姿態(tài)角速度至一姿態(tài)預(yù)估模塊。
[0034] 所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值為一公共參數(shù)值。所述陀螺分別與其他敏感器 可以組成"陀螺+星敏感器"、"陀螺+太陽敏感器"、"陀螺+磁強計"，以分別對應(yīng)三個子濾 波器（第一子濾波器、第二子濾波器和第三子濾波器），各個子濾波器相互獨立。
[0035] 步驟S220 :通過一星敏感器所輸出的一姿態(tài)角和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤 差值以及一信息分配模塊所輸出的一第一信息分配系數(shù)一起輸入一第一子濾波器，以獲得 一第一誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至一數(shù)據(jù)融合模塊。
[0036] 步驟S230 :通過一太陽敏感器所輸出的一太陽矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參 數(shù)誤差值以及所述信息分配模塊所輸出的一第二信息分配系數(shù)一起輸入一第二子濾波器， 以獲得一第二誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊。
[0037] 步驟S240 :通過一磁強計所輸出的一地磁矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤 差值以及所述信息分配模塊所輸出的一第三信息分配系數(shù)一起輸入一第三子濾波器，以獲 得一第三誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊。
[0038] 通過上述步驟S220至步驟S240可知，所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值作為三 個子濾波器的公共參數(shù)值，各個敏感器（例如星敏感器、太陽敏感器和磁強計）進行測量分 別輸出姿態(tài)角、太陽矢量和地磁矢量，并且分別與姿態(tài)參數(shù)誤差值以及相對應(yīng)的第一信息 分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)一起輸入相應(yīng)的子濾波器，以獲得相應(yīng) 第一、第二和第三誤差狀態(tài)變量估計值，即提供陀螺的局部估計值。所述第一信息分配系 數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)相加等于1，可以消除子濾波器之間由于公用的 陀螺信息所帶來的相關(guān)性，各自濾波器的濾波可以獨立進行。
[0039] 步驟S250 :通過所述數(shù)據(jù)融合模塊所接收到的第一誤差狀態(tài)變量估計值、第二誤 差狀態(tài)變量估計值和第三誤差狀態(tài)變量估計值進行數(shù)據(jù)信息融合，并且獲得誤差狀態(tài)變量 全局估計值。
[0040] 當獲得陀螺的誤差狀態(tài)變量全局估計值后，將該誤差狀態(tài)變量全局估計值與姿態(tài) 預(yù)估值進行融合。
[0041] 步驟S260 :通過所述誤差狀態(tài)變量全局估計值對所述陀螺進行校正，以獲得衛(wèi)星 姿態(tài)參數(shù)。
[0042] 根據(jù)誤差狀態(tài)變量全局估計值對陀螺進行校正，以獲得衛(wèi)星姿態(tài)參數(shù)，進一步獲 得衛(wèi)星的三軸姿態(tài)信息。
[0043] 在步驟S210執(zhí)行之前，可以進一步包括以下步驟：
[0044] 步驟S201 :分別判斷所述陀螺的第一標志位、所述星敏感器的第二標志位、所述 太陽敏感器的第三標志位以及所述磁強計的第四標志位是否有效。若判斷出第一標志位、 第二標志位、第三標志位以及第四標志位均無效，則停止所述融合方法的執(zhí)行。
[0045] 步驟S202 :若所述第一標志位、第二標志位、第三標志位和第四標志位均為有效， 則分別判斷所述陀螺與星敏感器之間形成的第一標準差、所述陀螺與太陽敏感器之間形成 的第二標準差、以及所述陀螺與磁強計之間形成的第三標準差是否分別在預(yù)設(shè)定的第一閾 值范圍、第二閾值范圍和第三閾值范圍之內(nèi)。
[0046] 在本實施例中，第一閾值范圍、第二閾值范圍和第三閾值范圍均為E = 5/57. 3rad。當S1〈E時，星敏感器有效；當S2〈E時，太陽敏感器有效；當S3〈E時，磁強計有 效。
[0047] 弟一標準差為= +(^sr -Ir) -Kr).
[0048] 第二標準差為 S2=%/(Hf,T ,Γ +(U,T )_ +(y/.ss -rGr)2
[0049] 第三標準差為 -1) +(Υω/-Fer)
[0050] 式中，0eY，Ψ(；γ -當前時刻陀螺積分得到慣性坐標系下姿態(tài)角歐拉角 (rad)；
[0051] Θ5Τ, ψ5Τ--當前時刻星敏感器得到的慣性坐標系下姿態(tài)角歐拉角（rad);
[0052] 9SS, Vss -當前時刻太陽敏感器得到的慣性坐標系下姿態(tài)角歐拉角 (rad)；
[0053] <Pgm, 0gm, Vgm -當前時刻磁強計得到的慣性坐標系下姿態(tài)角歐拉角（rad)。
[0054] 步驟S203 :若是，則確定所述陀螺、星敏感器、太陽敏感器和磁強計為有效。
[0055] 通過執(zhí)行步驟S201至步驟S203,以便對衛(wèi)星姿態(tài)測量的多敏感器的有效性進行 仲裁判讀，從而選擇有效的敏感器數(shù)據(jù)信息與陀螺的輸出信息進行數(shù)據(jù)信息融合。例如所 述陀螺與星敏感器之間形成的第一標準差、所述陀螺與太陽敏感器之間形成的第二標準 差、以及所述陀螺與磁強計之間形成的第三標準差中任一標準差滿足相應(yīng)的預(yù)設(shè)定的第一 閾值范圍、第二閾值范圍和第三閾值范圍，那么該標準差所對應(yīng)的陀螺和相應(yīng)的敏感器為 有效。
[0056] 例如，在所述數(shù)據(jù)融合模塊中，獲得該標準差所對應(yīng)的誤差狀態(tài)變量估計值，并且 進行數(shù)據(jù)融合，以獲得所述陀螺的誤差狀態(tài)變量全局估計值，從而在所述姿態(tài)修正模塊131 中通過所述誤差狀態(tài)變量全局估計值對姿態(tài)預(yù)估值進行校正，并且獲得陀螺的姿態(tài)參數(shù)， 進而獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。當然，若所述陀螺與星敏感器之間形成的第一標準差、所述陀螺 與太陽敏感器之間形成的第二標準差、以及所述陀螺與磁強計之間形成的第三標準差中任 意兩個標準差滿足相應(yīng)的預(yù)設(shè)定的第一閾值范圍、第二閾值范圍和第三閾值范圍，那么該 兩個標準差所對應(yīng)的陀螺和相應(yīng)兩個敏感器為有效。
[0057] 例如，在所述數(shù)據(jù)融合模塊中，獲得所述兩個標準差所對應(yīng)的誤差狀態(tài)變量估計 值，并且進行數(shù)據(jù)融合，以獲得所述陀螺的誤差狀態(tài)變量全局估計值，從而在所述姿態(tài)修正 模塊中通過所述誤差狀態(tài)變量全局估計值對姿態(tài)預(yù)估值進行校正，并且獲得陀螺的姿態(tài)參 數(shù)，進而獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。
[0058] 當然，若所述陀螺與星敏感器之間形成的第一標準差、所述陀螺與太陽敏感器之 間形成的第二標準差、以及所述陀螺與磁強計之間形成的第三標準差中三個標準差均滿足 相應(yīng)的預(yù)設(shè)定的第一閾值范圍、第二閾值范圍和第三閾值范圍，那么該三個標準差所對應(yīng) 的陀螺和相應(yīng)三個敏感器為有效。在所述數(shù)據(jù)融合模塊中，獲得所述三個標準差所對應(yīng)的 誤差狀態(tài)變量估計值，并且進行數(shù)據(jù)融合，以獲得所述陀螺的誤差狀態(tài)變量全局估計值，從 而在所述姿態(tài)修正模塊中通過所述誤差狀態(tài)變量全局估計值對姿態(tài)預(yù)估值進行校正，并且 獲得陀螺的姿態(tài)參數(shù)，進而獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。
[0059] 進一步舉例，例如，若在所述陀螺與星敏感器之間形成的第一標準差、所述陀螺與 太陽敏感器之間形成的第二標準差、以及所述陀螺與磁強計之間形成的第三標準差中，第 一標準差和第三標準差滿足相應(yīng)的預(yù)設(shè)定的第一閾值范圍、第三閾值范圍，而第二標準差 未滿足第二閾值范圍，則第一標準差和第三標準差所對應(yīng)的陀螺和相應(yīng)的星敏感器和磁強 計為有效。
[0060] 在所述數(shù)據(jù)融合模塊中，獲得第一標準差所對應(yīng)的第一誤差狀態(tài)變量估計值以及 第三標準差所對應(yīng)的第三誤差狀態(tài)變量估計值，并且進行數(shù)據(jù)融合，以獲得所述陀螺的誤 差狀態(tài)變量全局估計值，從而在所述姿態(tài)修正模塊中通過所述誤差狀態(tài)變量全局估計值對 姿態(tài)預(yù)估值進行校正，并且獲得陀螺的姿態(tài)參數(shù)，進而獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。
[0061] 本發(fā)明選擇有效的敏感器不僅限于上述例子中的星敏感器或磁強計，只要滿足敏 感器有效性的仲裁判讀即可。
[0062] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，其特征在于，包括： 一陀螺，用于測量姿態(tài)角速度，并且連接至一姿態(tài)預(yù)估模塊； 一星敏感器，用于測量姿態(tài)角，并且所述姿態(tài)角和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值 以及一信息分配模塊所輸出的一第一信息分配系數(shù)一起通過一第一子濾波器輸出一第一 誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至一數(shù)據(jù)融合模塊； 一太陽敏感器，用于測量太陽矢量，并且所述太陽矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù) 誤差值以及所述信息分配模塊所輸出的一第二信息分配系數(shù)一起通過一第二子濾波器輸 出一第二誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊； 一磁強計，用于測量地磁矢量，并且所述地磁矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差 值以及所述信息分配模塊所輸出的一第三信息分配系數(shù)一起通過一第三子濾波器輸出一 第三誤差狀態(tài)變量估計值并傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊； 所述數(shù)據(jù)融合模塊分別與所述第一子濾波器、第二子濾波器和第三子濾波器相連，用 于根據(jù)第一誤差狀態(tài)變量估計值、第二誤差狀態(tài)變量估計值和第三誤差狀態(tài)變量估計值， 進行數(shù)據(jù)信息融合，以獲得誤差狀態(tài)變量全局估計值； 一姿態(tài)修正模塊，分別與所述姿態(tài)預(yù)估模塊和數(shù)據(jù)融合模塊相連，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù) 融合模塊的誤差狀態(tài)變量全局估計值，對所述姿態(tài)預(yù)估模塊輸出的姿態(tài)預(yù)估值進行修正， 以獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，其特征在于， 所述姿態(tài)預(yù)估模塊與所述信息分配模塊相連，用于控制信息分配模塊中的第一信息分配系 數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一子濾波器、第二子濾波器和第三子濾波器均為擴展卡爾曼濾波器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)相加等于1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，其特征在于， 所述姿態(tài)預(yù)估模塊、數(shù)據(jù)融合模塊以及姿態(tài)修正模塊均設(shè)置在同一主濾波器中。
6. -種微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合方法，采用權(quán)利要求1所述的微小衛(wèi)星 平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟： (1) 一陀螺輸出一姿態(tài)角速度至一姿態(tài)預(yù)估模塊； (2) 通過一星敏感器所輸出的一姿態(tài)角和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及一信 息分配模塊所輸出的一第一信息分配系數(shù)一起輸入一第一子濾波器，以獲得一第一誤差狀 態(tài)變量估計值，并且傳送至一數(shù)據(jù)融合模塊； (3) 通過一太陽敏感器所輸出的一太陽矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及 所述信息分配模塊所輸出的一第二信息分配系數(shù)一起輸入一第二子濾波器，以獲得一第二 誤差狀態(tài)變量估計值，并且傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊； (4) 通過一磁強計所輸出的一地磁矢量和所述陀螺所輸出的姿態(tài)參數(shù)誤差值以及所述 信息分配模塊所輸出的一第三信息分配系數(shù)一起輸入一第三子濾波器，以獲得一第三誤差 狀態(tài)變量估計值，并且傳送至所述數(shù)據(jù)融合模塊； (5) 通過所述數(shù)據(jù)融合模塊所接收到的第一誤差狀態(tài)變量估計值、第二誤差狀態(tài)變量 估計值和第三誤差狀態(tài)變量估計值進行數(shù)據(jù)信息融合，并且獲得誤差狀態(tài)變量全局估計 值； (6)通過所述誤差狀態(tài)變量全局估計值對所述姿態(tài)預(yù)估模塊所輸出的一姿態(tài)預(yù)估值進 行修正，以獲得衛(wèi)星的姿態(tài)信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合方法，其特征在于， 在步驟（1)之前進一步包括步驟： 分別判斷所述陀螺的第一標志位、所述星敏感器的第二標志位、所述太陽敏感器的第 三標志位以及所述磁強計的第四標志位是否有效； 若所述第一標志位、第二標志位、第三標志位和第四標志位均為有效，則分別判斷所述 陀螺與星敏感器之間形成的第一標準差、所述陀螺與太陽敏感器之間形成的第二標準差、 以及所述陀螺與磁強計之間形成的第三標準差是否分別在預(yù)設(shè)定的第一閾值范圍、第二閾 值范圍和第三閾值范圍之內(nèi)； 若是，則確定所述陀螺、星敏感器、太陽敏感器和磁強計為有效。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合方法，其特征在于， 所述第一子濾波器、第二子濾波器和第三子濾波器均為擴展卡爾曼濾波器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合方法，其特征在于， 所述第一信息分配系數(shù)、第二信息分配系數(shù)和第三信息分配系數(shù)相加等于1。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的微小衛(wèi)星平臺多個敏感器數(shù)據(jù)動態(tài)融合方法，其特征在于， 所述姿態(tài)預(yù)估模塊、數(shù)據(jù)融合模塊以及姿態(tài)修正模塊均設(shè)置在同一主濾波器中。
【文檔編號】B64G1/28GK104118578SQ201410286502
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】萬松, 李 東, 李曉紅, 劉爽, 吳子軼, 陽應(yīng)權(quán) 申請人:上海微小衛(wèi)星工程中心