[发明专利]一种高精度姿态/轨道一体化测量装置

权利要求书

1.一种高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，包括：

敏感器子系统(1)，实现对航天器的位置、速度、时间、惯性姿态、惯性角速率信息的采集，采集的信号为数字信号，以串行方式输出；

通信控制子系统(2)，接收敏感器子系统(1)输出的数字信号，并将其组帧为并行信号输出；

姿态/轨道解算与信息融合子系统(3)，接收通信控制子系统(2)输出的并行信号，并进行基于UDEKF轨道确定算法和基于SRSSUKF姿态确定算法，用姿态/轨道信息优化融合方法进行综合计算与处理，得到完整的姿态/轨道测量信息，供航天器使用。

2.根据权利要求1所述的高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，所述的敏感器子系统(1)包括：

APS CMOS星敏感器(11)，实现对恒星星光的敏感与处理，将计算获得的姿态四元数信息以数字信号的形式输入到通信控制子系统(2)；

MEMS陀螺(12)，敏感三个互相垂直方向上的角速率信息，将计算获得的角速率信息以数字信号的形式输入到通信控制子系统(2)；

微型GPS接收机(13)，采集航天器的三维位置信息和速度信息，以数字信号的形式输入到通信控制子系统(2)。

3.根据权利要求1所述的高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，所述的通信控制子系统(2)包括：

异步通信控制芯片(21)；

逻辑控制芯片(22)，与异步通信控制芯片(21)连接并配合用于将敏感器子系统(1)输入的串行数字信号按照协议规定组帧为并行信号数据，并输入到姿态/轨道解算与信息融合子系统(3)；

电平转换电路(23)，用于通信控制子系统(2)与后续电路的电平匹配；

电源模块(24)，为通信控制子系统(2)提供电源；

时钟电路(25)，为异步通信控制芯片(21)提供时钟信号。

4.根据权利要求3所述的高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，所述的异步通信控制芯片(21)为TL16C554A，逻辑控制芯片(22)为EPM7128的CPLD。

5.根据权利要求3所述的高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，所述的逻辑控制芯片(22)为FPGA芯片。

6.根据权利要求3所述的高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，所述的按照协议规定组帧为并行信号数据是指，异步通信控制芯片(21)将从APS CMOS星敏感器(11)、MEMS陀螺(12)和微型GPS接收机(13)接收到的三种不同数据刷新率的串行数据组帧成为一种数据刷新率高于APSCMOS星敏感器(11)和微型GPS接收机(13)，等于或低于MEMS陀螺(12)的姿态轨道测量数据包，按照并行方式输入姿态/轨道解算与信息融合子系统(3)。

7.根据权利要求1所述的高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，所述的姿态/轨道解算与信息融合子系统(3)包括：

DSP芯片(31)，接收通信控制子系统(2)输出的并行信号，并完成基于UDEKF算法的轨道参数解算、基于SRSSUKF算法的姿态参数解算以及用姿态/轨道信息优化融合方法进行综合计算与处理；

电源模块(32)，为DSP芯片(31)的内核和外围电路供电；

SDRAM(33)，用于存放DSP处理计算的中间和最终数据；

FLASH(35)，用于存放姿态/轨道解算算法和信息优化融合源程序、通信器件初始化及通信方式设置任务；

时钟电路(36)，为DSP芯片(31)提供时钟信号。

8.根据权利要求7所述的高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，所述的DSP芯片(31)用高运算性能的ARM芯片代替。

9.根据权利要求7所述的高精度姿态/轨道一体化测量装置，其特征在于，所述姿态/轨道信息优化融合方法是指DSP芯片(31)利用基于UDEKF算法解算出的轨道参数、基于SRSSUKF算法解算出的姿态参数进行敏感器故障状态判断和惯性系至轨道系的坐标变换，计算获得航天器在轨道坐标系下的轨道和姿态信息。