專利名稱：用于星敏感器的精度測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于姿態(tài)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于星敏感器的精度測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
星敏感器以精度高、功耗低、體積小等優(yōu)點成為目前航天器最具競爭力的姿態(tài)敏感器件。目前，星敏感器的定姿精度已經(jīng)可以達(dá)到10"，某些型號的星敏感器精度甚至可以達(dá)到1 “水平，高精度是星敏感器得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。隨著星敏感器精度越來越高，對精度測量方法也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的測試方法主要基于星模擬器及精密轉(zhuǎn)臺，需要轉(zhuǎn)臺的位置精度比星敏感器的測量精度再高一個數(shù)量級，即達(dá)到亞角秒的量級水平，這種設(shè)備價格昂貴，操作過程復(fù)雜。同時，實驗室通過轉(zhuǎn)臺標(biāo)定時，以星模擬器作為測量基準(zhǔn)，但實現(xiàn)光譜范圍、星等和位置精度皆滿足要求的全天球星模擬器難度很大，星模擬器與真實星空的導(dǎo)航星還有較大差距，還不能完全模擬真實星空情況，使實驗室測試的真實性和準(zhǔn)確性難以得到人們的信服。因此，找到一個易實現(xiàn)的、能滿足精度要求的星敏感器精度測量系統(tǒng)就顯得十分重要和迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明需要提供一種用于星敏感器的精度測量系統(tǒng)，所述精度測量系統(tǒng)實現(xiàn)起來很簡單、且能夠滿足星敏感器的精度測量要求。根據(jù)本發(fā)明實施例的用于星敏感器的精度測量系統(tǒng)，所述星敏感器包括導(dǎo)航星表，所述導(dǎo)航星表由導(dǎo)航星所構(gòu)成且所述導(dǎo)航星表具有導(dǎo)航星視運動參數(shù)；和用于輸入測試開始時刻的時間輸入接口 ；其中所述精度測量系統(tǒng)包括固定器，所述固定器用于固定所述星敏感器，且所述星敏感器的主軸指向天頂；星敏感器精度測量單元，所述星敏感器精度測量單元用于測量所述導(dǎo)航星的精度，其中，通過所述時間輸入接口向所述星敏感器輸入相對于J2000. 0的當(dāng)前時刻T，根據(jù)星敏感器中的導(dǎo)航星在J2000.0坐標(biāo)系下的赤緯和赤經(jīng)(α，δ)以及在兩個方向上的視運動參數(shù)(ατ <59來確定導(dǎo)航星在當(dāng)前時刻在J2000. 0直角坐標(biāo)系下的方向矢量，所述星敏感器精度測量單元將導(dǎo)航星在當(dāng)前時刻T在J2000. 0直角坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量，將歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)變成當(dāng)前時刻T下的天球坐標(biāo)系下的方向矢量(Vott)，根據(jù)實際拍攝時刻(T+At)將導(dǎo)航星在當(dāng)前時刻T從天球坐標(biāo)系下的方向矢量(Vott)變到實際拍攝時刻(T+At)在地固坐標(biāo)系下的方向矢量(vTKF)，并基于所述地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)獲得所述星敏感器的精度。根據(jù)本發(fā)明的精度測量系統(tǒng)，通過利用地球本身自轉(zhuǎn)的精密性，將星敏感器固連于地球，使星敏感器的主軸正對天頂進(jìn)行觀測，星敏感器隨著地球的一起運動(Ω = 7. 292115X 10-5rad/s)，星敏感器測量值的角度變化與之相對應(yīng)，而存儲在星敏感器星表內(nèi)的導(dǎo)航星是在J2000. 0坐標(biāo)系(CRFJ2000)下的坐標(biāo)，由于星敏感器的三軸精度不一致性， 其指向精度比其滾轉(zhuǎn)精度高一個量級，為保證測量指向精度的準(zhǔn)確性和高精度，將星敏感 器中導(dǎo)航星的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到當(dāng)前測量時刻地固坐標(biāo)系(TRF)下的坐標(biāo)，這樣就消除了地球滾 轉(zhuǎn)軸對該星敏感器的指向精度的影響，此時測量星敏感器的輸出結(jié)果理論上為恒定值，即 為星敏感器坐標(biāo)系相對于地固坐標(biāo)系的安裝矩陣，以此矩陣為基礎(chǔ)可以測量出星敏感器主 軸在地固坐標(biāo)系中的變化，進(jìn)而可以測量獲得該星敏感器的指向軸精度。另外，根據(jù)本發(fā)明的精度測量系統(tǒng)還具有如下附加技術(shù)特征根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述星敏感器精度測量單元進(jìn)ー步包括直角坐標(biāo)方 向矢量獲取模塊，所述直角坐標(biāo)方向矢量獲取模塊在所述時間T下通過下述公式獲得所述 導(dǎo)航星在J2000.0直角坐標(biāo)系下的方向矢量(veKFT2_)
7cos fx J a-T cos o J 8-T 3 Wj2OOO 6sin Joj ず Icos > J <5ず!^ § sin )aj a-T \ 參根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述星敏感器精度測量單元進(jìn)ー步包括歷元黃道坐 標(biāo)系方向矢量(Vekf)獲取模塊，所述歷元黃道坐標(biāo)系方向矢量(Vekf)獲取模塊基于所述導(dǎo) 航星在J2000. 0直角坐標(biāo)系下的方向矢量(Vew2。。。)和將所述J2000. 0坐標(biāo)系繞其X軸逆 時針方向轉(zhuǎn)動23° 26' 21"的方向變換之后獲得
vERF =Rx( 237126-21~) Ycrpj2000。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述星敏感器精度測量單元進(jìn)ー步包括天球坐標(biāo)系方向矢量獲取模塊，所述天球坐標(biāo)系方向矢量獲取模塊通過下述將導(dǎo) 航星在歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量(Vekf)轉(zhuǎn)變成當(dāng)前時刻T下的天球坐標(biāo)系下的方向矢
里將歷元黃道坐標(biāo)下的方向矢量(Verf)繞其Z軸順時針方向轉(zhuǎn)動50.294T ；接著繞
第一次轉(zhuǎn)動后的坐標(biāo)系的X軸順時針方向轉(zhuǎn)動23ぬ6~21~;接著繞第二次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)￡ A ；接著繞第三次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的Z軸順時針方向旋轉(zhuǎn)'I;以及接著繞第四次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸順時針方向旋轉(zhuǎn)￡a Jぱ，以獲得含有章動項 的當(dāng)前時刻(T)的天球坐標(biāo)系下的方向矢量(veKFT)，其中^P,ぱ分別表示黃經(jīng)章動和斜 章動。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述天球坐標(biāo)系方向矢量獲取模塊通過下述公式獲得 所述導(dǎo)航星在天球坐標(biāo)系下的方向矢量(veKFT)
Vcrft =RX(- (￡A+ぱ))RZ(-碑)Rx(eA)
Rx(-23ti2641~) Rz(-50.29みT) Rx(23ti2641~) Vcrfj2000 ,其中 Rx、Rz 為繞 X 軸和Z軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換基。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)IAU2000B章動模型，ε A與黃經(jīng)章動(^p )和斜章
動(妹)分別為
權(quán)利要求
1.一種用于星敏感器的精度測量系統(tǒng)，所述星敏感器包括導(dǎo)航星表，所述導(dǎo)航星表由導(dǎo)航星所構(gòu)成且所述導(dǎo)航星表具有導(dǎo)航星視運動參數(shù)；和用于輸入測試開始時刻的時間輸入接口； 所述精度測量系統(tǒng)包括固定器，所述固定器用于固定所述星敏感器，且所述星敏感器的主軸指向天頂；以及星敏感器精度測量單元，所述星敏感器精度測量單元用于測量所述導(dǎo)航星的精度，其中通過所述時間輸入接口向所述星敏感器輸入所述測試開始時刻相對于J2000. 0坐標(biāo)系的當(dāng)前時刻T，根據(jù)星敏感器中的導(dǎo)航星在J2000.0坐標(biāo)系下的赤緯和赤經(jīng)(α，δ)以及在兩個方向上的視運動參數(shù)(α ‘，δ ‘)來確定導(dǎo)航星在當(dāng)前時刻在J2000.0直角坐標(biāo)系下的方向矢量，所述星敏感器精度測量單元將導(dǎo)航星在當(dāng)前時刻T在J2000. 0直角坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量，將歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)變成當(dāng)前時刻T下的天球坐標(biāo)系下的方向矢量(ν·)，根據(jù)實際拍攝時刻(T+At)將導(dǎo)航星在當(dāng)前時刻T從天球坐標(biāo)系下的方向矢量(Vckft)變到實際拍攝時刻(T+At)在地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)，并基于所述地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)獲得所述星敏感器的精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述星敏感器精度測量單元進(jìn)一步包括直角坐標(biāo)方向矢量獲取模塊，所述直角坐標(biāo)方向矢量獲取模塊在所述時間T下通過下述公式獲得所述導(dǎo)航星在J2000.0直角坐標(biāo)系下的方向矢量(VaiFT2_) —cos(a +
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述星敏感器精度測量單元進(jìn)一步包括歷元黃道坐標(biāo)系方向矢量(Vekf)獲取模塊，所述歷元黃道坐標(biāo)系方向矢量(Vekf)獲取模塊基于所述導(dǎo)航星在J2000. 0直角坐標(biāo)系下的方向矢量(ν。ΚΡ 2_)和將所述J2000. 0坐標(biāo)系繞其X軸逆時針方向轉(zhuǎn)動23° 26' 21"的方向變換之后獲得vEEF — Rx (23 26 21 )VCRFJ2000o
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述星敏感器精度測量單元進(jìn)一步包括天球坐標(biāo)系方向矢量獲取模塊，所述天球坐標(biāo)系方向矢量獲取模塊通過下述將導(dǎo)航星在歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量(Vekf)轉(zhuǎn)變成當(dāng)前時刻T下的天球坐標(biāo)系下的方向矢量 將歷元黃道坐標(biāo)下的方向矢量(Vekf)繞其Z軸順時針方向轉(zhuǎn)動50. 29" XT； 接著繞第一次轉(zhuǎn)動后的坐標(biāo)系的X軸順時針方向轉(zhuǎn)動23° 26' 21"； 接著繞第二次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)εΑ; 接著繞第三次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的Z軸順時針方向旋轉(zhuǎn)Δφ ；以及接著繞第四次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸順時針方向旋轉(zhuǎn)εΑ+Δ ε，以獲得含有章動項的當(dāng)前時刻(T)的天球坐標(biāo)系下的方向矢量(v。KFT)，其中Δφ, Δ ε分別表示黃經(jīng)章動和斜章動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述天球坐標(biāo)系方向矢量獲取模塊通過下述公式獲得所述導(dǎo)航星在天球坐標(biāo)系下的方向矢量(Vckft)
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)IAU2000B章動模型，^與黃經(jīng)章動(Αφ )和斜章動(Δε)分別為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述星敏感器精度測量單元根據(jù)實際拍攝時刻(T+At)將導(dǎo)航星矢量從當(dāng)前時刻T天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到實際拍攝時刻 (T+At)的地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)；根據(jù)所述地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)通過 QUEST方法求解星敏感器的最優(yōu)姿態(tài)矩陣(\(T+At))；計算實際拍攝時刻(T+At)的星敏感器的主軸指向矢量P (T+At)；以及計算實際拍攝時刻(T+At)的星敏感器的主軸指向矢量的夾角(aj，以獲得所述星敏感器的指向精度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述星敏感器精度測量單元進(jìn)一步包括地固坐標(biāo)系方向矢量獲取模塊，所述地固坐標(biāo)系方向矢量獲取模塊通過將所述導(dǎo)航星在天球坐標(biāo)系下的方向矢量(vCKFT)繞天球坐標(biāo)系的Z軸以Ω = 7. ^2115X10_5rad/s逆時針旋轉(zhuǎn)獲得導(dǎo)航星在地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述最優(yōu)姿態(tài)矩陣(\(T+At)) 通過使得下面的目標(biāo)函數(shù)J(Aq(T+At))達(dá)到最小值而獲得
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述星敏感器主軸指向矢量 p(T+At)為
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述星敏感器的主軸指向矢量的夾角(Qij)為α = acos (ρ (Τ+ Ati)1 ‘ ρ (Τ+ Δ tj))， 其中，i≠j。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精度測量系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括 遮光罩，所述遮光罩套設(shè)在所述星敏感器上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于星敏感器的精度測量系統(tǒng)，包括固定器，用于固定星敏感器以使星敏感器的主軸指向天頂；用于測量導(dǎo)航星的精度的星敏感器精度測量單元，其中向星敏感器輸入測試開始時刻T，根據(jù)導(dǎo)航星在J2000.0坐標(biāo)系下的赤緯和赤經(jīng)以及視運動參數(shù)確定在J2000.0直角坐標(biāo)系下的方向矢量并將該方向矢量轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量然后轉(zhuǎn)變成天球坐標(biāo)系下的方向矢量(vCRFT)，將導(dǎo)航星從天球坐標(biāo)系下的方向矢量變到地固坐標(biāo)系下的方向矢量(vTRF)，并基于地固坐標(biāo)系下的方向矢量(vTRF)，獲得星敏感器的精度。根據(jù)本發(fā)明的精度測量系統(tǒng)，通過利用地球本身自轉(zhuǎn)的精密性，將星敏感器固連于地球，使星敏感器的主軸正對天頂進(jìn)行觀測。
文檔編號G01C25/00GK102288200SQ20111018826
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者孫婷, 尤政, 邢飛 申請人:清華大學(xué)