[发明专利]一种提高星敏感器和陀螺在轨联合滤波精度的方法

权利要求书

1.一种提高星敏感器和陀螺在轨联合滤波精度的方法，其应用于卫星姿态确定系统，其特征在于，包括：

步骤S1：获取陀螺测量的卫星三轴惯性角速度，根据所述惯性角速度，得到卫星姿态角速度，并根据卫星运动学方程得到卫星姿态四元数估计值；

步骤S2：根据所述卫星姿态四元数估计值和由星敏感器数据计算的姿态四元数，得到姿态误差四元数；

步骤S3：对所述卫星姿态确定系统进行状态滤波，得到姿态误差四元数估值和陀螺常值漂移残差的估值，在滤波启动的Δt时间内完成快速收敛，得到第一滤波结果，所述第一滤波结果不接入所述卫星确定系统中；在滤波启动的Δt时间后更换滤波系数，得到第二滤波结果，并将所述第二滤波结果接入所述卫星姿态确定系统中使用，

卡尔曼滤波初始启动后所述Δt时间内，使用的滤波增益系数为K₁和K₁₁，得到所述Δt时间内，滤波后所述姿态误差四元数矢量部分估值的表达式为：

式中：e,k中e表示误差(error)，k表示卡尔曼(Kalman)滤波；所述Δt时间内，滤波后所述陀螺常值漂移残差的估值的表达式为：

式中：的下标k表示卡尔曼(Kalman)滤波；

所述Δt时间内，滤波后所述姿态误差四元数矢量部分估值和陀螺常值漂移残差的估值为第一滤波结果，

所述Δt时间后，使用的滤波增益系数K₂和K₂₂，得到所述Δt时间后，滤波后所述姿态误差四元数矢量部分的估值的表达式为：

所述Δt时间后，滤波后所述陀螺常值漂移残差的估值的表达式为：

所述Δt时间后，滤波后所述姿态误差四元数矢量部分的估值和所述陀螺常值漂移残差的估值为高精度滤波估值，所述高精度滤波估值即为所述第二滤波结果；

步骤S4：对所述卫星姿态确定系统进行状态更新，得到卫星姿态四元数估值更新值，根据选定的转序，得到卫星姿态角。

2.如权利要求1所述的提高星敏感器和陀螺在轨联合滤波精度的方法，其特征在于，在步骤S1中，由所述陀螺测量的卫星三轴惯性角速度ω_bi，得到卫星三轴惯性角速度的计算值所述陀螺测量的卫星三轴惯性角速度ω_bi与所述卫星三轴惯性角速度的计算值之间的表达式为：

式中：k表示当前计算周期；k-1表示前一个计算周期；

bi表示卫星本体系b系相对于惯性系i系；

ω_bi(k)表示当前计算周期的陀螺测量的卫星三轴惯性角速度；

表示当前计算周期的卫星三轴惯性角速度的计算值；

表示陀螺常值漂移残差(即陀螺真实常值漂移与地面标定的常值漂移之差)的估值在本体系的三轴分量；

表示前一个计算周期的陀螺常值漂移残差的估值在本体系的三轴分量。

3.如权利要求2所述的提高星敏感器和陀螺在轨联合滤波精度的方法，其特征在于，由所述陀螺测量的卫星三轴惯性角速度的计算值得到所述卫星姿态角速度再根据所述卫星姿态角速度得到所述卫星姿态四元数估计值所述卫星姿态角速度与所述卫星姿态四元数估计值之间关系式为：

式中：T_S为计算周期；q₁，q₂，q₃，q₄为姿态四元数，q₄为标量，[q₁₃×]为反对称矩阵；

表示当前计算周期卫星姿态四元数估计值；

表示前一个计算周期卫星姿态四元数估计值；

为关于四元数的姿态矩阵；

表示当前周期的卫星姿态角速度；

bo表示卫星本体系b系相对于轨道系o系；

ω₀为常量，表示卫星轨道角度；

为启动卡尔曼滤波前一拍的值；

为启动卡尔曼滤波前一拍的值。