[发明专利]一种卫星姿态确定精度评估方法及系统

权利要求书

1.一种卫星姿态确定精度评估方法，其特征在于步骤如下：

步骤S1，利用卫星星载计算机，采集安装在卫星上的两台或两台以上的所有星敏感器的四元数原始测量数据，通过数传通道将所有星敏感器原始测量数据与星上计算机实时确定的卫星姿态四元数下传至地面；

步骤S2，获取评估期间的卫星三轴的惯性姿态角速度和各星敏感器三轴的惯性姿态角速度；

步骤S3，对步骤S1中获取的星敏原始测量数据与星上实时确定的姿态四元数进行处理，结合步骤S2中获取的信息，得到两种数据测量误差中的高频部分和低频趋势项；

步骤S4，对步骤S3中的测量误差高频部分进行处理，得到卫星姿态确定高频误差评价标准和评估结果；

步骤S5，对步骤S3中的测量误差低频趋势项进行处理，得到星敏安装基准稳定性评估结果、卫星姿态确定低频误差评价标准和评估结果。

2.根据权利要求1所述的一种卫星姿态确定精度评估方法，其特征在于：所述步骤S1中，星敏感器也可以是星相机或星敏感器与星相机的组合。

3.根据权利要求1所述的一种卫星姿态确定精度评估方法，其特征在于：所述步骤S2中，卫星惯性姿态角速度通过星上遥测获得，或者根据卫星运行轨道特点计算得到，进一步，结合星敏感器在卫星本体系下的安装矩阵，获得星敏三轴的惯性角速度；星敏安装矩阵通过地面机械校准得到，或者通过星敏感器在轨标定得到。

4.根据权利要求1所述的一种卫星姿态确定精度评估方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用拟合法或夹角法对星上星敏感器测量数据和姿态确定结果进行处理，然后，采用低通滤波或滑动窗口滤波方法对进行滤波后分离出高频部分和低频趋势项。

5.根据权利要求4所述的一种卫星姿态确定精度评估方法，其特征在于：

采用夹角法对星上星敏感器测量数据和姿态确定结果进行分析，并分离出高频部分和低频趋势项，具体为：

将每一时刻的姿态四元数转换为J2000惯性系到本体系下的姿态转换矩阵，则矩阵每行分别为本体系X、Y、Z三轴在J2000系下的矢量表示；k时刻用四元数Q表示的姿态矩阵为：

其中，

上式中，列向量为矢量部分，q₀为标量部分，C(Q_k)为k时刻的姿态矩阵，e_x、e_y、e_z分别为参考旋转轴的三轴单位矢量，φ为旋转角度；

J2000坐标系原点位于地球质心，Z轴指向J2000.0平天极，X轴指向J2000.0平春分点；

计算本体系三轴在相临时刻的夹角曲线：

AngZ_k＝arccos(Z_k-1·Z_k)

AngX_k＝arccos(X_k-1·X_k)

AngY_k＝arccos(Y_k-1·Y_k)

夹角曲线中包含了三部分内容：本体系惯性角速度在三轴的投影、本体系三轴指向误差的低频趋势部分、本体系三轴指向误差的高频部分，接下来对这三项进行逐项分离：

采用低通滤波或滑动窗口滤波方法对夹角曲线进行滤波，用原始曲线减去滤波后曲线后结果再除以得到指向误差的高频部分：

其中，表示滤波后的三轴夹角曲线；

根据卫星轨道和姿态运行规律，计算本体系三轴理论惯性角速度，用滤波后曲线减去理论惯性角速度，得到三轴指向误差的低频趋势项：

其中，VX、VY、VZ为本体系三轴理论惯性角速度，T_s为数据采样周期，用LF_X、LF_Y、LF_Z表示卫星X、Y、Z三轴的低频趋势项。