[发明专利]基于双超平台的姿态测量方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于双超平台的姿态测量方法及系统，包括：将运动学特性引入姿态测量模型，利用双超平台进行准静态姿态测量，获取星敏感器的测量数据；基于被测对象的运动学特性，采用平滑滤波方法对星敏感器的测量数据进行动态测量误差修正；结合双超平台的动态特性，对星敏感器的测量数据按泰勒公式展开式求解，反演平滑滤波后姿态变化曲线，并进行分段多项式插值，获取全时空内的高精度测量结果。本发明适用于“高精高稳”的双超平台，不依赖高性能的陀螺，仅靠星敏感器即可实现高精度姿态测量。

技术领域

本发明涉及姿态运动学领域，具体地，涉及基于双超平台的高精度姿态测量方法及系统。

背景技术

随着卫星领域的不断发展，当前卫星领域已逐步从定性的功能化要求转变成高精度的定量化应用。姿态测量精度是代表卫星综合性能的重要指标之一，直接决定了卫星的定量化应用水平。为了满足量测、气象、国防等各个领域对空间科学日益增长的技术要求，需要开展卫星高精度姿态测量方法研究。

卫星的姿态测量精度主要由姿态敏感器和高精度定姿算法决定。目前主要使用的姿态敏感器有陀螺、星敏感器、地球敏感器、太阳敏感器等。陀螺实时提供角速度信息，自主性强，不易受外界影响，但是陀螺存在漂移，角速度误差会随着时间不断积累；星敏感器精度最高，但造价昂贵，测量频率较低，且存在高频测量噪声。地球敏感器(如红外地平仪)和太阳敏感器(如磁强计)成本较低，视场捕捉相对容易，但精度不高，经常作为卫星初始姿态捕获或故障后安全模式下的姿态敏感器。

由于姿态敏感器存在各自的优缺点，为了提高姿态测量精度，常用的方法是多姿态敏感器组合定姿。当前国内外高精度卫星主流的定姿方案是星敏感器+陀螺联合定姿。利用星敏感器的高精度修正陀螺的漂移；利用陀螺的高精度角度积分抑制星敏感器的动态测量误差。边志强、程卫强、薛孝补、于永江在《基于陀螺和星敏感器的卫星姿态确定算法》(见《航天器工程》，2011年，20卷第2期，页码29-34)一文里，介绍了一种基于陀螺和星敏感器的实时在线的扩展卡尔曼滤波算法，可实时更新更新姿态和陀螺漂移。该方法广泛应用于各类高精度卫星，但该方法受到姿态敏感器性能的制约，并依赖高精度陀螺的测量信息。

传统的卫星姿态测量方法不考虑被测对象的运动学特性，其测量精度由测量敏感器和联合定姿算法决定。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双超平台的高精度姿态测量方法及系统。

根据本发明提供的一种基于双超平台的姿态测量方法，其特征在于，包括：

准静态姿态测量步骤：将运动学特性引入姿态测量模型，利用双超平台进行准静态姿态测量，获取星敏感器的测量数据；

动态测量误差抑制步骤：基于被测对象的运动学特性，采用平滑滤波方法对星敏感器的测量数据进行动态测量误差修正；

分段多项式插值步骤：结合双超平台的动态特性，对星敏感器的测量数据按泰勒公式展开式求解，反演平滑滤波后姿态变化曲线，并进行分段多项式插值，获取全时空内的高精度测量结果。

较佳的，所述平滑滤波方法包括移动平均滤波方法和区间多项式拟合方法。

较佳的，所述移动平均滤波方法包括表达式：

上式中，k为离散采样时刻，为k时刻的移动平均滤波结果，y_k为k时刻的星敏感器测量结果，2N+1为总采样个数。

较佳的，所述区间多项式拟合方法采用二阶多项式拟合。

较佳的，所述移动平均滤波方法用于离线处理，所述区间多项式拟合方法用于在线实时处理。

根据本发明提供的一种基于双超平台的姿态测量系统，包括：