[发明专利]一种星敏感器安装误差矩阵与导航系统星地联合标定与校正的方法

说明书

技术领域

本发明涉及星敏感器安装误差矩阵与导航系统星地联合标定与校正的方法。

背景技术

近年来，以星敏感器为代表的星光天文导航系统以其隐蔽性好、精度高、无姿态累积误差等特点，在航空、航天等领域得到了广泛的应用。星敏感器作为高精度天文敏感器，本身测量精度可达角秒级。

星敏感器在卫星上进行应用的时候，由于空间环境等因素的影响，其测量值当中伴随着一些误差，其中影响较大的一种为安装矩阵误差，其可以达到角分级，甚至角度级。安装矩阵误差主要是由于卫星在发射的过程以及在常年累月的太空运行过程中卫星振动以及太空环境等因素影响，使得星敏感器安装矩阵发生改变，从而造成实际安装矩阵与地面上标定的安装矩阵不相同，导致安装矩阵存在误差。安装矩阵误差的存在降低了星敏感器的测量精度，影响卫星姿态确定系统和导航系统的精度。导致星敏感器安装矩阵因为卫星振动及太空环境等一系列因素造成的星敏感器安装矩阵存在安装误差的缺陷

目前，对星敏感器的标定方法一般都是采用星上部件来进行校正，例如利用星上自带的陀螺来进行标定，利用星上所携带的路标敏感器来进行标定，然而这样不可避免的存在与星敏感器相同的一些问题，即卫星发射过程以及在常年累月的太空运行过程中卫星振动以及太空环境等因素影响造成的安装矩阵误差，这些因素同样会很大程度降低它们自身的测量精度，导致星敏感器标定方法不能完成对星敏感器的安装矩阵误差的标定，另外，现有的标定方法不能对星敏感器安装矩阵误差和导航系统误差一起标定，然而卫星自主导航系统采用星敏感器来进行轨道信息测量的，由于星敏感器的安装误差带来的测量误差必然同样反映到轨道信息测量当中，导航信息提供轨道信息必然也存在较大的误差，需要进行标定和校正，因而现有的标定方法存在一定的缺陷，导致不能定期对星敏感器安装矩阵和导航系统偏差进行标定和校正。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有星敏感器标定方法不能完成对星敏感器的安装矩阵误差的标定，以及不能定期对星敏感器安装矩阵和导航系统偏差进行标定和校正的问题，而提出了一种星敏感器安装误差矩阵与导航系统星地联合标定与校正的方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一：在卫星星下点轨迹下的固定空间坐标上建立M个地面测量接收站，卫星向M个建立好的地面测量接收站发射激光信息，激光信息包括卫星姿态信息θ_t,m和轨道参数信息X_t,m数据，M为正整数；

步骤二：地面测量接收站利用精度高于星敏感器精度的光学测量设备对步骤一中的卫星姿态信息θ_t,m和轨道参数信息X_t,m进行测量，得到地面测量接收站测量到的卫星姿态信息θ_t,m和地面测量接收站测量到的轨道参数信息X_t,m，并建立卫星姿态信息测量模型和轨道参数信息测量模型；

步骤三：利用多矢量定姿方法结合步骤二中得到的卫星姿态信息测量模型，计算出由地面测量接收站确定的卫星姿态信息估计值利用卫星轨道动力学模型，结合滤波方法计算出由地面测量接收站确定的轨道参数信息估计值将由地面测量接收站确定的卫星姿态信息估计值和由地面测量接收站确定的轨道参数信息估计值进行存储；

步骤四：卫星姿态确定系统利用星敏感器测量到的卫星姿态信息θ_t,n、卫星姿态运动学、卫星姿态动力学模型和滤波方法计算出星敏感器测量到的卫星姿态信息的估计值并进行存储；

卫星自主导航系统利用星敏感器测量到的轨道参数信息X_t,n、轨道动力学模型和滤波方法计算出星敏感器测量到的轨道参数信息的估计值并进行存储；

步骤五：对步骤三中的由地面测量接收站确定的卫星姿态信息估计值和由地面测量接收站确定的轨道参数信息估计值求取算术平均值，即：消除系统随机测量误差；

其中，所述为地面测量接收站确定的卫星姿态信息估计值的算术平均值；为地面测量接收站确定的轨道参数信息估计值的算术平均值；

对步骤四中星敏感器测量到的卫星姿态信息的估计值和星敏感器测量到的轨道参数信息估计值求取算术平均值，即：消除系统随机测量误差；

其中，所述为星敏感器测量到的卫星姿态信息估计值的算术平均值；为星敏感器测量到的轨道参数信息估计值的算术平均值；

步骤六：建立星敏感器实际的姿态安装矩阵和轨道参数信息校正模型；