[发明专利]一种基于MEMS传感器的航天器姿态测量方法有效

专利信息
申请号: 201310019753.2 申请日: 2013-01-21
公开(公告)号: CN103090870A 公开(公告)日: 2013-05-08
发明(设计)人: 常洪龙;赵彦明;申强;袁广民;谢建兵;容建刚 申请(专利权)人: 西北工业大学
主分类号: G01C21/24 分类号: G01C21/24
代理公司: 西北工业大学专利中心 61204 代理人: 吕湘连
地址: 710072 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 mems 传感器 航天器 姿态 测量方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种基于MEMS传感器的航天器姿态测量方法,属于姿态测量和航天测控技术领域。

背景技术

航天器姿态信息是航天器最重要参数之一,航天器姿态实时测量是实现航天器姿态精确控制的关键。航天器的姿态信息包括三个姿态角,即俯仰角θ,横滚角γ和偏航角ψ。现代微型航天器(或航天器附属机构)的发展对姿态测量系统的可靠性,精度、体积,重量、成本等提出了更高的要求。

通过国家专利局检索库检索,目前,关于姿态测量的专利主要是清华大学的“微小型动态载体姿态测量装置及其测量方法”(专利号:200510011763.7)。这一发明主要包括3轴速率陀螺、3轴磁场计、单轴加速度计、微处理器,以及相应软件测量方法。该组合姿态测量系统的核心技术是kalman滤波算法,以系统姿态变换矩阵相关元素为状态,根据陀螺的输出构造kalman滤波的状态方程。利用加速度计和三轴磁强计测量重力加速度分量和地磁矢量为量测,建立kalman滤波的量测方程,然后进行滤波,实现变换阵元素的最优估计,然后解算姿态角。该系统的主要缺点是:(1)航天器处于微重力或者失重的环境中,加速度计测量不到重力加速度或者由于重力加速度量值太小而无法分辨,其输出信号主要是载体过载加速度,系统的量测方程建立不正确。(2)在动态情况下,惯性器件无法分辨重力加速度和过载加速度,导致系统量测误差很大。

发明内容

本发明目的在于克服现有航天器姿态测量技术的不足,提供一种基于MEMS传感器的航天器姿态测量方法,具有较高的精度、可靠性、动态性能。

为了实现上述目的,本发明提供了一种基于MEMS传感器的航天器姿态测量方法。所述的航天器姿态测量方法,主要利用GPS双天线、三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS磁强计等传感器。所述姿态测量方法采用地理坐标系(g)作为导航坐标系(n)。将测量系统与航天器载体固连,使得传感器的敏感轴分别位于载体坐标系的三个轴上。

所述的姿态测量方法步骤如下:

步骤1:系统初始对准;在初始对准时刻t0,系统利用GPS双天线测量俯仰角横滚角三轴MEMS磁强计测量航向角求得初始时刻的姿态阵和姿态四元数Q(t0);具体求解公式如下:

Cbn(t0)=cosγ~0cosψ~0+sinγ~0sinψ~0sinθ~0sinψ~0cosθ~0sinγ~0cosψ~0-cosγ~0sinψ~0sinθ~0-cosγ~0sinψ~0+sinγ~0cosψ~0sinθ~0cosψ~0cosθ~0-sinγ~0sinψ~0-cosγ~0cosψ~0sinθ~0-sinγ~0cosθ~0sinθ~0cosγ~0cosθ~0---(1)]]>

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