[发明专利]一种基于残差生成器的最优陀螺组合选取方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星姿态确定技术领域，涉及一种陀螺仪表在线优选 的方法，尤其是涉及一种在备选陀螺组件存在硬件冗余时选取性能最 好的三个陀螺参与角速度解算的方法。

背景技术

陀螺用于敏感卫星的惯性角速度，是卫星姿态确定系统中主要的 惯性测量部件。鉴于其重要性，卫星上通常会采用冗余配置。目前常 用的高精度陀螺为光纤陀螺组件以及半球谐振陀螺组件，这两类陀螺 组件均采用了三正一斜的冗余构型，即使用四个表头敏感三轴惯性角 速度信息。由于三正一斜陀螺组件的四个陀螺仪表之间存在解析冗 余，因此选用其中的三个即可确定出卫星三轴角速度。理想情况下， 选用四个陀螺中的任意三个即可解算出相同的卫星三轴角速度，但由 于陀螺仪表存在常值漂移、随机游走等误差，因此每个陀螺仪表的测 量值与真值均存在不同程度的偏差。为了达到高精度姿态确定的目 的，需要选出偏差相对较小的三个陀螺用于卫星三轴角速度解算。

根据国内外已发表的相关文献可知，目前对于三正一斜构型的陀 螺组件解算卫星三轴角速度方法有：使用最小二乘算法使四个陀螺仪 表均参与解算；根据地面测试结果选取固定的三个陀螺仪表参与解 算。这些方法均存在一定的局限，比如四个陀螺仪表均参与解算的方 法，虽然充分利用了所有的测量信息，但是由于四个陀螺仪表存在着 性能差异，所以该方案容易使解算出的卫星三轴角速度精度偏低；另 一种方案中，虽然根据地面的测试结果选择出了性能最优的三个陀 螺，但空间环境与地面的不同以及在发射入轨阶段卫星的震动等因素 会使得陀螺性能发生变化，因此地面的测试结果不能代表在轨时的实 际性能。

发明内容

为了解决现有陀螺组件存在冗余时无法实时选取性能最优的陀 螺仪表参与解算卫星三轴角速度的问题，本发明提供了一种基于残差 生成器的最优陀螺组合选取方法，通过构造一组残差生成器的方法实 现了在轨实时动态选择性能最优的陀螺组合，有效地利用了星上陀螺 组件的冗余，可以为姿态控制系统提供更高精度的角速度信息，并且 对于陀螺故障具有一定的容错能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于残差生成器的最优陀螺组合选取方法，包括如下步骤：

一、将备选三正一斜陀螺组件中的四个陀螺仪表划分成四组陀螺 组合，每组含有三个不同的陀螺；

二、根据备选陀螺组件的安装矩阵，分别利用四组陀螺组合的测 量值解算出卫星三轴角速度，得到四组卫星三轴角速度；

三、将星敏感器提供的三轴姿态分别与四组陀螺组合解算出的卫 星三轴角速度构造残差生成器，共计得到四组姿态残差；

四、求取每组姿态残差的评价函数，之后将四组评价函数按照数 值大小排序，最小的那组即为最优陀螺组合。

本发明与现有技术相比，其优点和有益效果如下：

(1)在轨实时动态选择，排除掉性能较差或者故障的陀螺，为 姿态确定系统提供了高精度角速度信息；

(2)星敏感器为卫星姿轨控系统标配的测量部件，测量精度通 常高于陀螺至少一个数量级，因此本方法工程可实现且不增加额外成 本；

(3)星敏感器与陀螺构造残差生成器的算法简单，星载软件容 易实现，可靠性高。

附图说明

图1为三正一斜构型陀螺组件的四个陀螺布局图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限 于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发 明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种基于残差生成器的最优陀螺组合选取方法，具 体实施步骤如下：

一、将四个陀螺组件划分成四组备选陀螺组合：