本發(fā)明涉及航天器在軌運(yùn)行控制領(lǐng)域，具體涉及兩臺(tái)星敏感器的在軌表決系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

作為300kg的小衛(wèi)星平臺(tái)，針對(duì)任務(wù)的快速性、時(shí)間短的特點(diǎn)，要求系統(tǒng)不需要單機(jī)的備份冗余。因此系統(tǒng)的可靠性不依賴于單機(jī)備份，通過(guò)采取系統(tǒng)級(jí)的措施，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，并最大程度的降低風(fēng)險(xiǎn)，保證衛(wèi)星的在軌穩(wěn)定運(yùn)行。

浦江一號(hào)衛(wèi)星姿軌控采用三軸穩(wěn)定的零動(dòng)量控制方案，配置兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)星敏感器，一套半液浮陀螺組合。

根據(jù)目前在軌星敏使用情況，存在星敏輸出有效，但數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，針對(duì)此類故障，如何甄別星敏輸出的真?zhèn)危瑢?duì)于僅僅配置兩臺(tái)星敏的浦江一號(hào)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。相對(duì)于以往型號(hào)也有所不同。通常零動(dòng)量衛(wèi)星大多配置三臺(tái)或三臺(tái)以上的星敏，當(dāng)三臺(tái)星敏數(shù)據(jù)均有效時(shí)，可以通過(guò)“三取二”的措施確定系統(tǒng)控制使用的星敏；而浦江一號(hào)的星敏配置方案，僅有兩臺(tái)星敏，當(dāng)兩臺(tái)星敏數(shù)據(jù)均有效而且數(shù)據(jù)不一致時(shí)，如何確定兩臺(tái)星敏數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，必須設(shè)計(jì)一個(gè)表決策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種兩臺(tái)星敏感器的在軌表決系統(tǒng)和方法，實(shí)現(xiàn)在兩臺(tái)星敏單機(jī)故障診斷均正常情況下，識(shí)別其輸出數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，完成故障診斷及表決策略。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種兩臺(tái)星敏感器的在軌表決方法，其特點(diǎn)是，該方法包含：

判斷第一星敏感器和第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)的一致性；

若一致則按預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)選定星敏感器的輸出數(shù)據(jù)；若不一致則選定第一星敏感器和第二星敏感器中輸出指向與當(dāng)前控制基準(zhǔn)接近的星敏感器輸出數(shù)據(jù)。

上述判斷第一星敏感器和第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)一致性之前，分別對(duì)第一星敏感器和第二星敏感器進(jìn)行故障診斷，若都正常再進(jìn)行一致性比對(duì)。

上述判斷第一星敏感器和第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)的一致性的方法包含：

根據(jù)第一星敏感器和第二星敏感器相對(duì)軌道系的Q_ob值，以相同的轉(zhuǎn)序定義，分別計(jì)算第一星敏感器和第二星敏感器所在星體相對(duì)軌道系的歐拉姿態(tài)；

判斷第一星敏感器和第二星敏感器解算的三軸歐拉姿態(tài)差是否均小于第一預(yù)設(shè)角度，若是則判定第一星敏感器和第二星敏感器輸出一致，若否則判定為不一致。

上述第一預(yù)設(shè)角度為3度。

上述第一星敏感器和第二星敏感器輸出不一致，分別計(jì)算第一星敏感器所在星體相對(duì)基準(zhǔn)的誤差四元數(shù)AQ_rb和和第二星敏感器所在星體相對(duì)基準(zhǔn)的誤差四元數(shù)BQ_rb；

對(duì)Q_rb進(jìn)行標(biāo)部為正的處理后，分別計(jì)算第一星敏感器和第二星敏感器解算的星體相對(duì)姿態(tài)基準(zhǔn)的繞空間歐拉軸的歐拉轉(zhuǎn)角stA_diffangle和stB_diffangle；

若第一星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stA_diffangle小于第二星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stB_diffangle，則選擇第一星敏感器輸出。

上述方法還包含在選定星敏感器后采用陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助判斷。

上述采用陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助判斷的方法包含：

步驟a、選定星敏感器后，判斷陀螺預(yù)設(shè)時(shí)間t中積分信息與已選星敏感器預(yù)設(shè)時(shí)間t中指向變化的差是否小于第二預(yù)設(shè)角度；

步驟b、若是則驗(yàn)證星敏感器選定正確；若否則判定選擇錯(cuò)誤，選用另一臺(tái)星敏感器，并在選定后跳轉(zhuǎn)回步驟a。

上述第二預(yù)設(shè)角度為2度，預(yù)設(shè)時(shí)間t為1分鐘。

上述歐拉轉(zhuǎn)角的獲取方法包含：

姿態(tài)基準(zhǔn)根據(jù)姿態(tài)工作模式，是對(duì)地基準(zhǔn)系、或?qū)θ栈鶞?zhǔn)系、或機(jī)動(dòng)后的偏置飛行坐標(biāo)系；

采用式(1)、(2)得到第一星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stA_diffangle和第二星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stB_diffangle：

一種上述兩臺(tái)星敏感器的在軌表決方法適用的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含：

一致性判斷模塊，其判斷第一星敏感器和第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)的一致性；

表決模塊，其連接判斷模塊輸出端，若一致則按預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)選定星敏感器的輸出數(shù)據(jù)；若不一致則選定第一星敏感器和第二星敏感器中輸出指向與當(dāng)前控制基準(zhǔn)接近的星敏感器輸出數(shù)據(jù)。

本發(fā)明兩臺(tái)星敏感器的在軌表決系統(tǒng)和方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明揭示了一種兩臺(tái)星敏感器表決策略，實(shí)現(xiàn)在在兩臺(tái)星敏單機(jī)故障診斷均正常情況下，識(shí)別其輸出數(shù)據(jù)的真?zhèn)危貏e適用于研制周期短、在軌運(yùn)行時(shí)間低于3年的小衛(wèi)星平臺(tái)，單機(jī)配置簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可靠，在單機(jī)冗余度不足的情況下完成故障診斷及表決策略，保證衛(wèi)星在軌運(yùn)行安全。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明兩臺(tái)星敏感器的在軌表決方法的總流程圖；

圖2為兩臺(tái)星敏感器單機(jī)的表決前準(zhǔn)備方法流程圖；

圖3為兩臺(tái)星敏感器輸出數(shù)據(jù)的一致性比對(duì)方法流程圖；

圖4為兩臺(tái)星敏感器輸出數(shù)據(jù)不一致情況下的表決方法及陀螺輔助判斷的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。

如圖1所示，公開(kāi)了一種兩臺(tái)星敏感器的在軌表決方法，該方法包含以下步驟：

S1、兩臺(tái)星敏感器單機(jī)的表決前準(zhǔn)備流程。

S2、判斷第一星敏感器和第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)的一致性。

若一致則按預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)選定星敏感器的輸出數(shù)據(jù)。

若不一致跳轉(zhuǎn)到S3，進(jìn)行星敏感器輸出數(shù)據(jù)不一致情況下的表決流程。

S3、星敏感器輸出數(shù)據(jù)不一致情況下的表決流程。選定第一星敏感器和第二星敏感器中輸出指向與當(dāng)前控制基準(zhǔn)接近的星敏感器輸出數(shù)據(jù)。

S4、兩臺(tái)星敏感器采用陀螺數(shù)據(jù)輔助判斷流程。

如圖2所示，為S1，兩臺(tái)星敏感器，即第一星敏感器和第二星敏感器，單機(jī)的表決前準(zhǔn)備方法流程的實(shí)施例，該方法具體包含以下步驟：

S1.1、修正星敏感器一致性比對(duì)閾值，該一致性比對(duì)閾值的取值范圍為大于等于-1度，小于等于3度。本實(shí)施例中，一致性比對(duì)閾值設(shè)為3度。

S1.2、系統(tǒng)判斷是否禁止星敏感器一致性判斷，若是則停止在軌表決流程，若否則跳轉(zhuǎn)到S1.3。

S1.3、系統(tǒng)判斷是否兩臺(tái)星敏感器全部開(kāi)機(jī)，若否則停止在軌表決流程，若是則跳轉(zhuǎn)到S1.4。

S1.4、系統(tǒng)判斷CCD星敏感器是否正常無(wú)故障，若否則停止在軌表決流程，若是則跳轉(zhuǎn)到S1.5。

S1.5、系統(tǒng)判斷APS星敏感器是否正常無(wú)故障，若否則停止在軌表決流程，若是則進(jìn)行第一星敏感器和第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)的一致性比對(duì)流程。

如圖3所示，為S2，第一星敏感器和第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)的一致性比對(duì)方法流程，該方法具體包含以下步驟：

S2.1、根據(jù)第一星敏感器A和第二星敏感器B相對(duì)軌道系的Q_ob值，以相同的轉(zhuǎn)序定義，分別計(jì)算第一星敏感器所在星體相對(duì)軌道系的歐拉姿態(tài)stA_angle(x)、stA_angle(y)、stA_angle(z)，及第二星敏感器所在星體相對(duì)軌道系的歐拉姿態(tài)stB_angle(x)、stB_angle(y)、stB_angle(z)。

S2.2、判斷第一星敏感器A和第二星敏感器B解算的x、y、z三軸歐拉姿態(tài)差是否均小于第一預(yù)設(shè)角度，該第一預(yù)設(shè)角度即為一致性比對(duì)閾值，第一預(yù)設(shè)角度取為3度。

若是，則認(rèn)為兩臺(tái)星敏感器輸出一致，則跳轉(zhuǎn)到S2.3。

若否，則兩臺(tái)星敏感器的x、y、z三軸姿態(tài)中任意一軸姿態(tài)差不滿足一致性條件，則判定兩個(gè)星敏輸出不一致，進(jìn)行星敏感器輸出數(shù)據(jù)不一致情況下的表決流程。

S2.3、根據(jù)系統(tǒng)指定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行星敏感器選擇。

如圖4所示，公開(kāi)了S3兩臺(tái)星敏感器輸出數(shù)據(jù)不一致情況下的表決方法流程的實(shí)施例。該方法具體包含以下步驟：

S3.1、判斷是否進(jìn)行不一致情況下的表決流程達(dá)到預(yù)設(shè)的次數(shù)閾值，該次數(shù)閾值設(shè)為兩次，

若是，已判斷兩次，則判定兩個(gè)星敏感器都不可用。

若否，則跳轉(zhuǎn)到S3.2。

S3.2、發(fā)生兩臺(tái)星敏感器數(shù)據(jù)不一致后，通過(guò)“小者優(yōu)先”原則進(jìn)行判定，選定第一星敏感器和第二星敏感器中輸出指向與當(dāng)前控制基準(zhǔn)接近的星敏感器輸出數(shù)據(jù)，具體如下：

S3.2.1、計(jì)算當(dāng)前控制基準(zhǔn)四元數(shù)Q_ir(r表示參考系)，對(duì)地定向時(shí)：Q_ir＝q_io，對(duì)日定向時(shí)：Q_ir＝q_ir。

S3.2.2、根據(jù)兩臺(tái)星敏感器的慣性四元數(shù)AQ_ib、BQ_ib，分別計(jì)算第一星敏感器所在星體相對(duì)基準(zhǔn)的誤差四元數(shù)AQ_rb和和第二星敏感器所在星體相對(duì)基準(zhǔn)的誤差四元數(shù)BQ_rb。

S3.2.3、對(duì)Q_rb進(jìn)行標(biāo)部為正的處理后，根據(jù)四元數(shù)定義，分別計(jì)算第一星敏感器和第二星敏感器解算的星體相對(duì)姿態(tài)基準(zhǔn)的繞空間歐拉軸的歐拉轉(zhuǎn)角stA_diffangle和stB_diffangle。具體的：

姿態(tài)基準(zhǔn)根據(jù)姿態(tài)工作模式，是對(duì)地基準(zhǔn)系、或?qū)θ栈鶞?zhǔn)系、或機(jī)動(dòng)后的偏置飛行坐標(biāo)系；

采用式(1)、(2)得到第一星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stA_diffangle和第二星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stB_diffangle：

S3.2.4、判斷第一星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stA_diffangle是否小于第二星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stB_diffangle。

若是，第一星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stA_diffangle小于第二星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stB_diffangle，則第一星敏感器輸出指向接近當(dāng)前控制基準(zhǔn)，選定第一星敏感器輸出數(shù)據(jù)。

若否，則第一星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stA_diffangle大于第二星敏感器的歐拉轉(zhuǎn)角stB_diffangle，則第二星敏感器輸出指向接近當(dāng)前控制基準(zhǔn)，選定第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)。

如圖4所示，公開(kāi)了S4兩臺(tái)星敏感器采用陀螺數(shù)據(jù)輔助判斷方法流程的實(shí)施例。該方法具體包含以下步驟：

S4.1、系統(tǒng)判斷是否允許使用陀螺數(shù)據(jù)判斷星敏感器，若否則結(jié)束表決流程。若是則跳轉(zhuǎn)到S4.2。

S4.2、系統(tǒng)自檢陀螺是否故障，若是則結(jié)束表決流程。若否則跳轉(zhuǎn)到S4.3。

S4.3、選定星敏感器后，判斷陀螺預(yù)設(shè)時(shí)間t中積分信息與已選星敏感器預(yù)設(shè)時(shí)間t中指向變化的差是否小于第二預(yù)設(shè)角度。其中，第二預(yù)設(shè)角度選擇范圍取2度至3度，預(yù)設(shè)時(shí)間t的選擇范圍取10秒至1分鐘。

若是則驗(yàn)證星敏感器選定正確。并清除陀螺積分和星敏指向偏差。

若否則判定選擇錯(cuò)誤，跳轉(zhuǎn)到S3.1，進(jìn)行第二次判定，選用另一臺(tái)星敏感器，例如若上一次表決選定為第一星敏感器A則這次選用第二星敏感器B，若上一次表決選定為第二星敏感器B則這次選用第一星敏感器A。并在選定后跳轉(zhuǎn)到步驟S4.1進(jìn)行陀螺數(shù)據(jù)輔助判斷。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述兩臺(tái)星敏感器的在軌表決方法適用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含：一致性判斷模塊和表決模塊。

一致性判斷模塊用于判斷第一星敏感器和第二星敏感器輸出數(shù)據(jù)的一致性。

表決模塊用于連接判斷模塊輸出端，若一致則按預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)選定星敏感器的輸出數(shù)據(jù)；若不一致則選定第一星敏感器和第二星敏感器中輸出指向與當(dāng)前控制基準(zhǔn)接近的星敏感器輸出數(shù)據(jù)。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。