[发明专利]一种卫星多敏感器融合姿态确定方法和系统

说明书

本发明的实施例公开一种卫星多敏感器融合姿态确定方法和系统，所述方法包括：S1、根据纳型星敏感器和微型星敏感器的信息使用陀螺角速度外推出四元数变化，对星敏四元数进行补偿，得到补偿后的四元数；根据太阳敏感器信息确定本体系太阳矢量；S2、根据所述补偿后的四元数和本体系太阳矢量及其他敏感器信息进行角速度和姿态解算，完成直接定姿；S3、根据陀螺测量角速度和各敏感器测量信息进行滤波定姿，输出滤波后的姿态、陀螺漂移和地敏测量偏差；S4、将直接定姿与滤波定姿信息进行融合确定最终卫星姿态。本发明适用于各类卫星姿态确定，成本低，容错性和适应性较强，降低了敏感器故障的影响，提高了卫星姿态确定精度。

技术领域

本发明涉及卫星姿态确定领域，更具体地，涉及一种卫星多敏感器融合姿态确定方法和系统。

背景技术

当今商业航天低轨互联网卫星向着低成本轻小型化方向发展，星间通信对姿态测量精度的要求提高，使用小型低成本敏感器进行高精度姿态确定成为需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个实施例提供一种卫星多敏感器融合姿态确定方法，包括：

S1、根据纳型星敏感器和/或微型星敏感器的信息和陀螺角速度对星敏感器四元数进行补偿，计算补偿后的姿态四元数；根据太阳敏感器信息确定本体系太阳矢量；

S2、根据所述姿态四元数、本体系太阳矢量、本体系的磁场强度矢量和本体系下地球矢量解算角速度和姿态信息，进行直接定姿；

S3、根据陀螺测量角速度、微型星敏感器、纳型星敏感器、地球敏感器、太阳敏感器和磁强计测量信息构建滤波器局部估计，对所述局部估计进行融合，获得全局最优估计，对姿态四元数和角速度进行修正，并输出地球敏感器测量偏差，以完成滤波定姿；

S4、将直接定姿与滤波定姿信息进行融合确定最终卫星姿态。

在一个具体实施方式中，所述S3包括：

S31、主滤波器进行姿态预估，计算角速度预测值、四元数预测值和误差方差阵预测值；

S32、主滤波器根据误差方差阵预测值对各子滤波器进行自观测信息分配；

S33、各子滤波器根据所述自观测信息即微型星敏感器、纳型星敏感器、地球敏感器、太阳敏感器和磁强计测量信息，对所述角速度预测值和四元数预测值进行滤波计算获得局部估计；S34、主滤波器对子滤波器局部估计进行融合，获得全局最优估计；

S35、更新陀螺漂移估计误差、地球敏感器测量偏差，并对姿态四元数和角速度进行修正。

在一个具体实施方式中，所述S4包括：

若陀螺有效，直接定姿有效，则将滤波定姿结果与直接定姿结果进行比较，若在阈值范围内则将姿态更新为滤波定姿的姿态和角速度信息，若不满足阈值则不更新；

若陀螺有效，直接定姿无效，则将姿态更新为滤波定姿的姿态和角速度信息；

若陀螺无效，则滤波定姿无效，不进行姿态更新。

在一个具体实施方式中，所述角速度解算方法包括：

S21、判断陀螺数据是否有效，若有效则使用陀螺输出角速度数据，结束解算；若无效，跳至S22；

S22、判断微型星敏感器数据是否有效，若有效则使用微型星敏感器输出角速度数据，结束解算；若无效，跳至S23；

S23、判断纳型星敏感器数据是否有效，若有效则使用纳型星敏感器输出角速度数据，结束解算；若无效，跳至S24；

S24、判断当前帧和上一帧姿态是否有效，若有效则使用当前帧和上一帧姿态进行姿态差分角速度计算，结束解算；若无效，则角速度无效。