專利名稱：基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)確定領(lǐng)域，特別涉及一種基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近些年隨著衛(wèi)星系統(tǒng)與航天任務(wù)的日益復(fù)雜，衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)對于準(zhǔn)確性與魯棒性的需求不斷增加。主要采用的傳感器有陀螺儀、太陽敏感器、星敏感器以及磁強(qiáng)計等。由于星敏感器可以提供角秒級的姿態(tài)測量精度而成為最受歡迎的傳感器之一。為了獲取衛(wèi)星的姿態(tài)信息，星敏感器測量指向恒星的單位視線矢量，并且從恒星表中獲得相應(yīng)的參考矢量。從物理原理上，星敏感器測得的繞視線矢量轉(zhuǎn)動角度的精度差于其他角度的精度。正因為此，利用單一的星敏感器進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)確定時，并不能得到足夠高的精度，甚至當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)行機(jī)動過程時，姿態(tài)確定精度可能變得更差或失效。
現(xiàn)有的衛(wèi)星姿態(tài)確定方式有，利用姿態(tài)傳感器直接測量的姿態(tài)確定方式，基于單一姿態(tài)傳感器組合進(jìn)行最優(yōu)估計的姿態(tài)確定方式，以及基于多個姿態(tài)傳感器組合進(jìn)行多傳感器融合的姿態(tài)確定方式。
現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷:
(I)傳感器直接測量的方式中，姿態(tài)確定精度不高，在正常工作范圍受傳感器的限制，且不具有容錯性。
(2)基于單一傳感器組合的最優(yōu)估計方式中，正常工作范圍受傳感器限制，容錯性較差。
(3)常見的基于多個傳感器組合的融合方式中，目前存在或融合算法本身落后，或融合速度較慢，或處理四元數(shù)融合繁瑣等問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面的實施例提出一種基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，包括以下步驟:通過多個星敏感器和陀螺儀采集多個衛(wèi)星姿態(tài)信息，其中，所述每個星敏感器和陀螺儀組合成一個采集單位采集對應(yīng)的衛(wèi)星姿態(tài)信息；從所述多個衛(wèi)星姿態(tài)信息中選擇有效的衛(wèi)星姿態(tài)信息，并通過卡爾曼濾波器對所述有效的衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行局部狀態(tài)估計以獲得多個局部最優(yōu)狀態(tài)估計；分別計算每個局部最優(yōu)狀態(tài)估計的融合權(quán)值；分別將每個融合權(quán)值和對應(yīng)的局部最優(yōu)狀態(tài)估計進(jìn)行加權(quán)融合以得到全局最優(yōu)估計；以及根據(jù)所述全局最優(yōu)估計確定衛(wèi)星的姿態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，通過采用星敏感器，實現(xiàn)三軸姿態(tài)的高精度估計，同時采用協(xié)方差交集算法，提高了魯棒性和可重構(gòu)型。
在本發(fā)明的一個實施例中，采集所述衛(wèi)星姿態(tài)信息之后，對于失效的衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行失效標(biāo)志。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述全局最優(yōu)估計包括協(xié)方融合矩陣和加權(quán)融合值。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述局部最優(yōu)狀態(tài)估計的融合權(quán)值通過快速協(xié)方差交集算法獲得，其計算公式為，
權(quán)利要求
1.一種基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，包括以下步驟: 通過多個星敏感器和陀螺儀采集多個衛(wèi)星姿態(tài)信息，其中，所述每個星敏感器和陀螺儀組合成一個采集單位采集對應(yīng)的衛(wèi)星姿態(tài)信息； 從所述多個衛(wèi)星姿態(tài)信息中選擇有效的衛(wèi)星姿態(tài)信息，并通過卡爾曼濾波器對所述有效的衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行局部狀態(tài)估計以獲得多個局部最優(yōu)狀態(tài)估計； 分別計算每個局部最優(yōu)狀態(tài)估計的融合權(quán)值； 分別將每個融合權(quán)值和對應(yīng)的局部最優(yōu)狀態(tài)估計進(jìn)行加權(quán)融合以得到全局最優(yōu)估計；以及 根據(jù)所述全局最優(yōu)估計確定衛(wèi)星的姿態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，采集所述衛(wèi)星姿態(tài)信息之后，對于失效的衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行失效標(biāo)志。
3.如權(quán)利要求1所述的基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，所述全局最優(yōu)估計包括協(xié)方融合矩陣和加權(quán)融合值。
4.如權(quán)利要求1所述的基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，所述局部最優(yōu)狀態(tài)估計的融合權(quán)值通過快速協(xié)方差交集算法獲得，其計算公式為，_
5.如權(quán)利要求1所述的基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，所述加權(quán)融合通過如下公式進(jìn)行計算，其公式為，
6.一種基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于，包括: 采集模塊，用于通過多個星敏感器和陀螺儀采集多個衛(wèi)星姿態(tài)信息，其中，所述每個星敏感器和陀螺儀組合成 一個采集單位采集對應(yīng)的衛(wèi)星姿態(tài)信息； 局部估計模塊，用于從所述多個衛(wèi)星姿態(tài)信息中選擇有效的衛(wèi)星姿態(tài)信息，并通過卡爾曼濾波器對所述有效的衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行局部狀態(tài)估計以獲得多個局部最優(yōu)狀態(tài)估計； 計算模塊，用于分別計算每個局部最優(yōu)狀態(tài)估計的融合權(quán)值； 融合模塊，用于分別將每個融合權(quán)值和對應(yīng)的局部最優(yōu)狀態(tài)估計進(jìn)行加權(quán)融合以得到全局最優(yōu)估計；以及 確定模塊，用于根據(jù)所述全局最優(yōu)估計確定衛(wèi)星的姿態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于，采集所述衛(wèi)星姿態(tài)信息之后，對于失效的衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行失效標(biāo)志。
8.如權(quán)利要求6所述的基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于，所述全局最優(yōu)估計包括協(xié)方融合矩陣和加權(quán)融合值。
9.如權(quán)利要求6所述的基于小衛(wèi)星的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于， 所述局部最優(yōu)狀態(tài)估計的融合權(quán)值通過快速協(xié)方差交集算法獲得，其計算公式為，
10.如權(quán)利要求6所述的基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于，所述加權(quán)融合通過如下公式進(jìn)行計算，其公式為，
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法及系統(tǒng)。其中，方法包括以下步驟通過多個星敏感器和陀螺儀采集多個衛(wèi)星姿態(tài)信息，其中，每個星敏感器和陀螺儀組合成一個采集單位采集對應(yīng)的衛(wèi)星姿態(tài)信息；從多個衛(wèi)星姿態(tài)信息中選擇有效的衛(wèi)星姿態(tài)信息，并通過卡爾曼濾波器對有效的衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行局部狀態(tài)估計以獲得多個局部最優(yōu)狀態(tài)估計；分別計算每個局部最優(yōu)狀態(tài)估計的融合權(quán)值；分別將每個融合權(quán)值和對應(yīng)的局部最優(yōu)狀態(tài)估計進(jìn)行加權(quán)融合以得到全局最優(yōu)估計；以及根據(jù)全局最優(yōu)估計確定衛(wèi)星的姿態(tài)。根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，通過采用星敏感器，實現(xiàn)三軸姿態(tài)的高精度估計，同時采用協(xié)方差交集算法，提高了魯棒性和可重構(gòu)型。
文檔編號G01C21/16GK103148853SQ20131009078
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者尤政, 邢飛, 王曉初 申請人:清華大學(xué)