[发明专利]卫星姿态角度偏差下的姿控信息联合估计方法

说明书

卫星姿态角度偏差下的姿控信息联合估计方法，涉及卫星姿态确定及控制技术领域。解决卫星姿态机动过程中，在姿态小角度偏差下的姿控信息难以精确估计而导致的控制精度不高的问题，该方法基于星载敏感器和执行机构的测量信息，在姿态小角度偏差下，利用卫星姿态动力学、运动学以及反作用飞轮动力学模型，以循环迭代的方式实现卫星姿态误差四元数、卫星姿态误差角速度、反作用飞轮角动量、反作用飞轮摩擦力矩、外部干扰力矩、光纤陀螺常值漂移等变量的联合精确估计，为高精度卫星姿态控制提供精准姿控信息。该方法仅通过软件算法实现，方法简单、易操作。

技术领域

本发明涉及卫星姿态确定及控制技术领域，具体涉及一种卫星姿态小角度 偏差下的姿控信息联合估计方法。

背景技术

卫星姿态的高精度控制依赖于使用的敏感器及执行机构、姿态确定算法和 姿态控制算法。在硬件配置确定的情况下，主要通过软件方式以提高控制性能。 姿态确定算法主要计算出卫星姿态控制算法所需要的姿控信息，这些信息量的 多少以及准确性对卫星姿态整体控制性能影响较大，尤其是在卫星姿态完成大 角度机动后，在向目标姿态逼近过程中，影响着对目标姿态的收敛精度，最终 影响卫星姿态指向及稳定度。

通常，卫星姿态控制算法需要精确的姿态误差四元数及姿态误差角速度去 计算卫星姿态控制力矩，但由于反作用飞轮等角动量执行机构存在摩擦力矩、 空间环境存在干扰力矩以及光纤陀螺漂移等因素，使得实际作用于卫星姿态的 控制力矩受到影响。如能在准确估计姿态误差四元数及姿态误差角速度的同时， 对反作用飞轮角动量、反作用飞轮摩擦力矩、外部干扰力矩和光纤陀螺常值漂 移等进行精确估计，并在姿态控制算法中进行补偿，将大大提高卫星姿态控制 整体性能。

发明内容

本发明为了解决卫星姿态机动过程中，在姿态小角度偏差下的姿控信息难 以精确估计而导致的控制精度不高的问题，提供一种卫星姿态小角度偏差下的 姿控信息联合估计方法。

卫星姿态角度偏差下的姿控信息联合估计方法，具体包括如下步骤：

步骤一、通过星载中心机分别采集星敏感器、光纤陀螺、反作用飞轮与GPS 的当前测量值，获得当前时刻的卫星姿态测量四元数、卫星姿态测量角速度、 反作用飞轮的角动量和GPS时间信息，通过将给定的期望姿态四元数和期望姿 态角速度分别与当前时刻的卫星姿态测量四元数和卫星姿态测量角速度进行偏 差计算，获得当前时刻的卫星姿态误差四元数和卫星姿态误差角速度；同时， 记录前一时刻的卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反 作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和 光纤陀螺常值漂移估计值；

步骤二、基于步骤一记录前一时刻卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态 误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、 外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值，并根据卫星姿态动力学和运 动学方程以及反作用飞轮动力学模型，分别计算卫星姿态误差四元数的导数、 卫星姿态误差角速度的导数和反作用飞轮角动量的导数；并设定反作用飞轮摩 擦力矩的导数为零，外部干扰力矩的导数为零，光纤陀螺常值漂移的导数为零；

步骤三、以步骤一记录的前一时刻卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态 误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、 外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值偏移估计值为初值，

以预先设定的控制周期为积分时长，通过线性积分步骤二中的卫星姿态误 差四元数的导数、卫星姿态误差角速度的导数、反作用飞轮角动量的导数、飞 轮摩擦力矩导数、外部干扰力矩导数和光纤陀螺常值漂移导数，获得当前时刻 卫星姿态误差四元数的一步预测值、卫星姿态误差角速度的一步预测值、反作 用飞轮角动量的一步预测值、反作用飞轮摩擦力矩的一步预测值、外部干扰力 矩的一步预测值和光纤陀螺常值漂移的一步预测值；