[发明专利]卫星姿态角度偏差下的姿控信息联合估计方法

摘要

卫星姿态角度偏差下的姿控信息联合估计方法，涉及卫星姿态确定及控制技术领域。解决卫星姿态机动过程中，在姿态小角度偏差下的姿控信息难以精确估计而导致的控制精度不高的问题，该方法基于星载敏感器和执行机构的测量信息，在姿态小角度偏差下，利用卫星姿态动力学、运动学以及反作用飞轮动力学模型，以循环迭代的方式实现卫星姿态误差四元数、卫星姿态误差角速度、反作用飞轮角动量、反作用飞轮摩擦力矩、外部干扰力矩、光纤陀螺常值漂移等变量的联合精确估计，为高精度卫星姿态控制提供精准姿控信息。该方法仅通过软件算法实现，方法简单、易操作。

主权项

卫星姿态角度偏差下的姿控信息联合估计方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：步骤一、通过星载中心机分别采集星敏感器、光纤陀螺、反作用飞轮与GPS的当前测量值，获得当前时刻的卫星姿态测量四元数、卫星姿态测量角速度、反作用飞轮的角动量和GPS时间信息，通过将给定的期望姿态四元数和期望姿态角速度分别与当前时刻的卫星姿态测量四元数和卫星姿态测量角速度进行偏差计算，获得当前时刻的卫星姿态误差四元数和卫星姿态误差角速度；同时，记录前一时刻的卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值；步骤二、基于步骤一记录前一时刻卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值，并根据卫星姿态动力学和运动学方程以及反作用飞轮动力学模型，分别计算卫星姿态误差四元数的导数、卫星姿态误差角速度的导数和反作用飞轮角动量的导数；并设定反作用飞轮摩擦力矩的导数为零，外部干扰力矩的导数为零，光纤陀螺常值漂移的导数为零；步骤三、以步骤一记录的前一时刻卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值偏移估计值为初值；以预先设定的控制周期为积分时长，通过线性积分步骤二中的卫星姿态误差四元数的导数、卫星姿态误差角速度的导数、反作用飞轮角动量的导数、飞轮摩擦力矩导数、外部干扰力矩导数和光纤陀螺常值漂移导数，获得当前时刻卫星姿态误差四元数的一步预测值、卫星姿态误差角速度的一步预测值、反作用飞轮角动量的一步预测值、反作用飞轮摩擦力矩的一步预测值、外部干扰力矩的一步预测值和光纤陀螺常值漂移的一步预测值；步骤四、将步骤三获得的当前时刻卫星姿态误差四元数、卫星姿态误差角速度、反作用飞轮的角动量、反作用飞轮摩擦力矩、外部干扰力矩和光纤陀螺常值漂移的一步预测值与步骤一获得的当前时刻卫星姿态误差四元数、卫星姿态误差角速度和反作用飞轮角动量，以及步骤一中记录的前一时刻反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值进行偏差计算，分别获得与一步预测信息值的偏差量；步骤五、利用步骤一记录前一时刻的卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值，与步骤四获得的一步预测信息值偏差量的线性加权，获得当前时刻卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值；步骤六、对当前时刻卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值进行限幅判断及操作，获得当前时刻精准的卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值；步骤七、在下一时刻，将步骤六获得的当前时刻精准的卫星姿态误差四元数估计值、卫星姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值作为步骤一中的前一时刻的卫星姿态误差四元数估计值、姿态误差角速度估计值、反作用飞轮角动量估计值、反作用飞轮摩擦力矩估计值、外部干扰力矩估计值和光纤陀螺常值漂移估计值，返回执行步骤一，实现姿控信息的联合精确估计。