[发明专利]一种基于星敏感器的航空航天器姿态确定方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于星敏感器的航空航天器姿态确定方法及其系统，该系统包括：星传感器：用于输出能够确定相机姿态的星场图像；惯性传感模块：用于采集能够解析所述相机姿态的陀螺仪姿态；控制模块：基于姿态分析模块的控制命令调节所述星传感器和/或惯性传感模块；所述星传感器中的多维度传感模块输出的星场图像数据和所述惯性传感模块输出的角速率数据按照以预定的模式同步集成且彼此隔离的方式输送至所述姿态分析模块，以确定航天器的惯性姿态信息。

技术领域

本发明涉及航天器姿态调整系统和方法技术领域，尤其涉及一种基于星敏感器的航空航天器姿态确定方法及其系统。

背景技术

近些年随着卫星系统与航天任务的日益复杂，卫星姿态确定系统对于准确性和鲁棒性的需求部段增加。在确定系统中，主要采用的传感器包括陀螺仪、太阳敏感器、星敏感器以及磁强计等。由于星敏感器可以提供角秒级的姿态测量精度而成为最受欢迎的传感器之一。为了获取卫星姿态信息，星敏感器测量指向恒星的单位视线矢量，并且从恒星表中获得相应的参考矢量。从物理原理上，星敏感器测得的绕线矢量转动角度的精度差于其他角度的精度，甚至当卫星进行机动过程时，姿态确定精度可能变得更差或失效。

例如，中国专利CN 103148853 B公开了一种基于星敏感器的航空航天器姿态确定方法，其特征在于，包括以下步骤：通过多个星敏感器和陀螺仪采集多个航空航天器姿态信息，其中，所述每个星敏感器和陀螺仪组合成一个采集单位采集对应的航空航天器姿态信息；从所述多个航空航天器姿态信息中选择有效的航空航天器姿态信息，并通过卡尔曼滤波器对所述有效的航空航天器姿态信息进行局部状态估计以获得多个局部最优状态估计；分别计算每个局部最优状态估计的融合权值；分别将每个融合权值和对应的局部最优状态估计进行加权融合以得到全局最优估计；以及根据所述全局最优估计确定航空航天器的姿态。

生成恒星相机姿态涉及从观测数据确定恒星位置，并将恒星位置与恒星目录进行比较。传统技术中，如果没有航空航天器姿态的先验知识可用，则该过程在计算上会更加密集(所谓的“空间损失”问题)。在这种情况下，必须将生成的恒星位置与整个恒星目录进行比较。这是常规系统每次获得星场图像时都会遇到的问题。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种基于星敏感器的航空航天器姿态确定系统，包括：星传感器：用于输出能够确定相机姿态的星场图像；惯性传感模块：用于采集能够解析所述相机姿态的陀螺仪姿态；控制模块：基于姿态分析模块的控制命令调节所述星传感器和/或惯性传感模块；所述星传感器中的多维度传感模块输出的星场图像数据和所述惯性传感模块输出的角速率数据按照以预定的模式同步集成且彼此隔离的方式输送至所述姿态分析模块，以确定航天器的惯性姿态信息。

优选地，所述姿态分析模块包括至少一个图像处理器和图形数据存储器；其中，图像处理器包括图像读取器和星信息处理器；所述图像读取器用于读取所存储的星场图像；所述星信息处理器用于从读取的星场图像生成恒星位置；其中，图像处理器还包括恒星目录和位置比较处理器，所述位置比较处理器用于将所生成的恒星位置与恒星目录进行比较，所述星传感模块内的姿势分析处理器400f响应于位置比较处理器输出的位置信息，生成相机姿态信息。

优选地，所述姿态分析模块包括至少一个陀螺仪数据处理器和陀螺仪数据存储器；其中，陀螺仪数据处理器包括陀螺仪速率处理器，能够用于读取所存储的陀螺仪角速率数据；其中，陀螺仪速率处理器包括：陀螺仪补偿器，用于处理陀螺仪角速率数据并生成补偿的陀螺仪速率；以及其中，陀螺仪速率处理器包括：陀螺仪集成器，用于对补偿后的陀螺仪速率进行集成并生成陀螺仪姿态。