[发明专利]一种星敏安装极性的测试方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种卫星姿轨控系统的星敏安装极性的测试方法。

背景技术

对于卫星姿轨控系统来说，姿态敏感器和执行机构极性极为重要，如果作为控制基准的敏感器或执行机构极性一旦出错，卫星将迅速失控，给卫星带来严重风险。而星敏一般都是卫星姿轨控系统的关键测量部件，一般作为星上姿态基准的主份，如果星敏极性不正确，将严重影响整星安全。

实际上，现在卫星控制系统各种敏感器和执行机构中，只有星敏安装极性是没有被直接极性测试的，传统方法只能通过反复理论计算来确保星敏安装极性的正确性。

星敏是一个非常复杂的敏感器，其测量原理是通过拍照并匹配星图，得到星敏坐标系相对于J2000惯性坐标系的姿态四元数，由于布局关系，各卫星的安装方式也各不相同，星敏坐标系与卫星坐标系并不重合，这就给星敏安装矩阵极性测试带来严峻挑战。也曾出现过某卫星在发射基地整装待发时，才发现星敏极性错误的事件。

为了对星敏安装极性进行测试，需要一个测试设备：静态星图模拟器（简称静态光星模）。它能模拟星敏三轴0姿态（星敏此时输出为单位四元数）时的星图，在确保星敏仍能识别姿态的情况下，这个静态光星模能绕着星敏三轴坐标在有限范围内旋转。也就是说，星敏可以根据静态光星模的旋转方式以及星敏本身姿态角的变化情况确定星敏坐标系的极性是否满足要求，所以，本质上，这个静态光星模是测试星敏坐标系极性的工具。

发明内容

本发明提供一种星敏安装极性的测试方法，可以直观地得到卫星三轴姿态变化规律与静态光星模旋转方式的关系，进而验证星敏安装极性。

为实现上述目的，本发明提供一种星敏安装极性的测试方法，其特点是，该方法包含：

步骤1、获取合适的轨道参数，使星敏坐标系与J2000惯性坐标系重合；

步骤2、检测星图相对卫星转动方式与卫星三轴姿态角变化规律的关系，并判断星敏安装极性是否正确。

上述步骤1包含以下步骤：

通过惯性坐标系至轨道坐标系的转换四元数计算公式，即式（1），计算轨道参数；

               （1）

其中，根据约束，星敏测量四元数；

星载软件解算的姿态四元数；

从惯性坐标系到轨道坐标系的转换四元数q_io为：

；

其中，W为轨道升交点赤经，i为轨道倾角，U为当前时刻轨道幅角；

卫星本体坐标系到星敏坐标系转换四元数q_bs为：

；

其中，该四元数q_bs与星敏在整星的安装方式有关；

通过式（1）计算获得关系式（2）；

      （2）

式（2）展开可得四个方程，其中含三个未知数，任取其中三个方程，可以解算出三个轨道参数。

 上述的步骤2包含以下步骤：

步骤2.1、获取星图相对星敏的三轴旋转角与卫星三轴姿态变化角规律的关系；星图是星敏用于图像识别的工具，它只能沿着星敏的三个轴旋转；

步骤2.2、根据步骤2.1获得的关系，分别进行光星模绕着星敏滚动轴旋转、光星模绕着星敏俯仰轴旋转、光星模绕着星敏偏航轴旋转，判断星敏安装极性是否正确。

上述步骤2.1中，星图分别相对星敏滚动轴、俯仰轴、偏航轴的旋转角与卫星三轴姿态变化角规律的关系如下：

1）星图绕星敏滚动轴旋转，则卫星三轴姿态变化角分别为：

其中，

以上得到了星图绕星敏滚动轴旋转和卫星解算欧拉角的关系； 

2）星图绕星敏俯仰轴旋转，则卫星三轴姿态变化角分别为：

其中，

以上得到了星图绕星敏俯仰轴旋转和卫星解算欧拉角的关系； 

3）星图绕星敏偏航轴旋转，则卫星三轴姿态变化角分别为：

其中，

以上得到了星图绕星敏偏航轴旋转和卫星解算欧拉角的关系。

上述的步骤2.2包含以下步骤：

将星图绕星敏滚动轴旋转，需要找出其对应卫星三轴姿态变化角中，绝对值最大的，记录其符号备用；将星图旋转投影到卫星本体坐标系，直观地找出其对卫星三轴中影响最大的姿态角和极性；通过比较观察值和理论计算值的大小及极性，可以判断星敏的安装极性是否正确；