一种数字式太阳敏感器在轨标定方法技术

本发明专利技术涉及一种数字式太阳敏感器在轨标定方法，包含：S1、根据星上时间和太阳星历数据，计算J2000惯性系下的太阳矢量；S2、根据星敏感器四元数，计算卫星本体系下的太阳矢量投影；S3、计算理论测量系下的太阳矢量投影；S4、结合数字式太阳敏感器的参数，计算数字式太阳敏感器的理论质心坐标；S5、修正数字式太阳敏感器的在轨质心坐标；S6、计算数字式太阳敏感器相对理论测量系的安装偏差角；S7、采用伪逆修正数字式太阳敏感器的参数；S8、优化数字式太阳敏感器的质心原点坐标。本发明专利技术利用实际在轨测量数据标定数字式太阳敏感器的参数，有效提高在轨数字式太阳敏感器的测量精度。

On-orbit calibration method of digital solar sensor

The present invention relates to an on-orbit calibration method for digital solar sensor, which includes: S1, calculation of solar vector in J2000 inertial system based on on on-board time and solar ephemeris data; S2, calculation of solar vector projection in satellite body system based on quaternion of star sensor; S3, calculation of solar vector projection in theoretical measurement system; S4, calculation of parameters of digital solar sensor. Calculate the theoretical centroid coordinates of the digital solar sensor; S5, revise the centroid coordinates of the digital solar sensor in orbit; S6, calculate the installation deviation angle of the digital solar sensor relative to the theoretical measurement system; S7, revise the parameters of the digital solar sensor by pseudo-inverse; S8, optimize the centroid origin coordinates of the digital solar sensor. The method calibrates the parameters of the digital solar sensor by using the actual on-orbit measurement data, and effectively improves the measurement accuracy of the on-orbit digital solar sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种数字式太阳敏感器在轨标定方法
本专利技术涉及一种在轨标定方法，具体是指一种数字式太阳敏感器的在轨标定方法。
技术介绍
数字式太阳敏感器作为空间飞行器的太阳方位测量姿态敏感器，其测量精度直接决定了在轨姿态确定的精度，对姿态确定精度要求较高的空间飞行器则尤为重要。由于数字式太阳敏感器的探测器的玻璃盖片厚度H、折射率n、成像焦距f、坐标原点、安装矩阵等均会影响太阳角度解算精度。因此，为达到高精度测量需求，需要对这些参数进行精确标定。现有技术中，标定技术主要通过地面太阳模拟器将探测器每一个像素点遍历测量，并通过地面测量数据进行标定。但是，太阳模拟器由于光源稳定性的原因，与真实太阳之间仍然存在一定的差别，并且转台精度无法精确评估，因此现有方法不能真实的对数字式太阳敏感器进行标定。此外，在实际应用中存在产品安装偏差、平台变形、环境等多种因素的影响，导致在轨应用中会影响数字式太阳敏感器的测量精度。因此，利用在轨数据对影响太阳角度解算的参数进行标定，是提升数字式太阳敏感器测量精度的一项至关重要的工作。基于上述，本专利技术提出一种数字式太阳敏感器在轨标定方法，以解决现有技术中存在的缺点和限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种数字式太阳敏感器在轨标定方法，利用实际在轨测量数据标定数字式太阳敏感器的参数，有效提高在轨数字式太阳敏感器的测量精度。为实现上述目的，本专利技术提供一种数字式太阳敏感器在轨标定方法，包含以下步骤：S1、根据星上时间和太阳星历数据，计算J2000惯性系下的太阳矢量；S2、根据星敏感器四元数，计算卫星本体系下的太阳矢量投影；S3、计算理论测量系下的太阳矢量投影；S4、结合数字式太阳敏感器的参数，计算数字式太阳敏感器的理论质心坐标；S5、修正数字式太阳敏感器的在轨质心坐标；S6、计算数字式太阳敏感器相对理论测量系的安装偏差角；S7、采用伪逆修正数字式太阳敏感器的参数；S8、优化数字式太阳敏感器的质心原点坐标。所述的S1之前，还包含采集遥测数据的步骤，所述的遥测数据为：星上时间T(i)；对应T(i)时刻的数字式太阳敏感器的在轨质心坐标XS(i)、YS(i)；星敏感器四元数Qj(i)。所述的S2中，具体为：根据J2000惯性系下的太阳矢量Si以及星敏感器四元数Qj(i)，结合星敏感器的安装矩阵，计算得到卫星本体系下的太阳矢量投影Sb为：Sb＝Abm×Aj(i)×Si其中，Abm为星敏感器由J2000惯性系转换至卫星本体系的转换矩阵，Aj(i)为与星敏感器四元数Qj(i)对应的矩阵；Si为J2000惯性系下的太阳矢量。所述的S3中，具体为：根据卫星本体系下的太阳矢量投影Sb，结合数字式太阳敏感器的安装矩阵，计算得到理论测量系下的太阳矢量投影Ss为：Ss＝Atb×Sb其中，Atb为数字式太阳敏感器由卫星本体系转换至理论测量系的转换矩阵。所述的S4中，具体为：质心坐标根据理论测量系下的太阳矢量投影Ss，结合数字式太阳敏感器的成像焦距f、玻璃盖片厚度H、折射率n、以及安装偏差角计算数字式太阳敏感器的理论质心坐标XL(i)、YL(i)。所述的S5中，具体为：将数字式太阳敏感器的质心原点坐标的标定误差Δx0、Δy0作为优化量，修正遥测的数字式太阳敏感器的在轨质心坐标XS(i)、YS(i)，得到修正后的在轨质心坐标X′S(i)、Y′S(i)为：X′S(i)＝Xs(i)+Δx0Y′S(i)＝YS(i)+Δy0其中，Δx0、Δy0的初始值均为0。所述的S6中，具体包含以下步骤：S61、根据修正后的在轨质心坐标X′S(i)、Y′S(i)，与绕着理论测量系X、Y坐标轴旋转的角度关系计算修正后的在轨质心坐标相对旋转角度的偏导数S62、计算数字式太阳敏感器相对理论测量系X、Y坐标轴的安装偏差角为：其中，ΔX、ΔY为修正后的在轨质心坐标X′S(i)、Y′S(i)与理论质心坐标XL(i)、YL(i)之间的偏差量；S63、分别将修正后的在轨质心坐标X′S(i)、Y′S(i)，与理论质心坐标XL(i)、YL(i)转换成极坐标ρ(θS，RS)和ρ(θL，RL)；S64、对极坐标的相位差取平均，得到数字式太阳敏感器相对理论测量系Z坐标轴的安装偏差角为：得到数字式太阳敏感器相对理论测量系的安装偏差角所述的S7中，具体包含以下步骤：S71、根据修正后的在轨质心坐标的极坐标ρ(θS，RS)、以及理论质心坐标的极坐标ρ(θL，RL)，计算极坐标的长度相对成像焦距f、玻璃盖片厚度H、折射率n的偏导数S72、计算理论质心坐标和修正后的在轨质心坐标的偏差ΔR，采用伪逆估算成像焦距f、玻璃盖片厚度H、折射率n的偏差值Δf、ΔH、Δn，具体为：ΔR＝RL-RS其中，通过重复执行S4～S72的步骤迭代至少5次，计算得到Δf、ΔH、Δn；S73、修正成像焦距f、玻璃盖片厚度H、折射率n，为：f'＝f+ΔfH'＝H+ΔHn'＝n+Δn得到修正后的数字式太阳敏感器的成像焦距f’、玻璃盖片厚度H’、折射率n’。所述的S8中，以修正后的在轨质心坐标X′S(i)、Y′S(i)与理论质心坐标XL(i)、YL(i)之间的偏差量ΔX、ΔY的测量偏差最小量作为优化量，采用单纯形法优化质心原点坐标，得到优化后的Δx0’、Δy0’。综上所述，本专利技术所提供的数字式太阳敏感器在轨标定方法，利用数字式太阳敏感器的实际在轨测量数据，对其成像焦距、玻璃盖片厚度、折射率、质心原点坐标、安装偏差角等参数进行标定，有效提高在轨数字式太阳敏感器的测量精度，即提高在轨姿态确定精度，克服了地面标定存在测量误差以及无法考虑安装偏差、平台变形、环境等因素引起的偏差等缺点，为数字式太阳敏感器在轨标定应用提供了有效的方法。附图说明图1为本专利技术中的数字式太阳敏感器在轨标定方法的流程图。具体实施方式以下结合图1，通过优选实施例对本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。如图1所示，为本专利技术所提供的数字式太阳敏感器在轨标定方法，包含以下步骤：S1、根据星上时间和太阳星历数据，计算J2000惯性系下的太阳矢量；S2、根据星敏感器四元数，计算卫星本体系下的太阳矢量投影；S3、计算理论测量系下的太阳矢量投影；S4、结合数字式太阳敏感器的参数，计算数字式太阳敏感器的理论质心坐标；S5、修正数字式太阳敏感器的在轨质心坐标；S6、计算数字式太阳敏感器相对理论测量系的安装偏差角；S7、采用伪逆修正数字式太阳敏感器的参数；S8、优化数字式太阳敏感器的质心原点坐标。所述的S1之前，还包含采集遥测数据的步骤，所述的遥测数据为：星上时间T(i)；对应T(i)时刻的数字式太阳敏感器的在轨质心坐标XS(i)、YS(i)；星敏感器四元数Qj(i)。所述的S2中，具体为：根据J2000惯性系下的太阳矢量Si以及星敏感器四元数Qj(i)，结合星敏感器的安装矩阵，计算得到卫星本体系下的太阳矢量投影Sb为：Sb＝Abm×Aj(i)×Si其中，Abm为星敏感器由J2000惯性系转换至卫星本体系的转换矩阵，Aj(i)为与星敏感器四元数Qj(i)对应的矩阵；Si为J2000惯性系下的太阳矢量。所述的S3中，具体为：根据卫星本体系下的太阳矢量投影Sb，结合数字式太阳敏感器的安装矩阵，计算得到理论测量系下的太阳矢量投影Ss为：Ss＝Atb×Sb其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字式太阳敏感器在轨标定方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、根据星上时间和太阳星历数据，计算J2000惯性系下的太阳矢量；S2、根据星敏感器四元数，计算卫星本体系下的太阳矢量投影；S3、计算理论测量系下的太阳矢量投影；S4、结合数字式太阳敏感器的参数，计算数字式太阳敏感器的理论质心坐标；S5、修正数字式太阳敏感器的在轨质心坐标；S6、计算数字式太阳敏感器相对理论测量系的安装偏差角；S7、采用伪逆修正数字式太阳敏感器的参数；S8、优化数字式太阳敏感器的质心原点坐标。

【技术特征摘要】
1.一种数字式太阳敏感器在轨标定方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、根据星上时间和太阳星历数据，计算J2000惯性系下的太阳矢量；S2、根据星敏感器四元数，计算卫星本体系下的太阳矢量投影；S3、计算理论测量系下的太阳矢量投影；S4、结合数字式太阳敏感器的参数，计算数字式太阳敏感器的理论质心坐标；S5、修正数字式太阳敏感器的在轨质心坐标；S6、计算数字式太阳敏感器相对理论测量系的安装偏差角；S7、采用伪逆修正数字式太阳敏感器的参数；S8、优化数字式太阳敏感器的质心原点坐标。2.如权利要求1所述的数字式太阳敏感器在轨标定方法，其特征在于，所述的S1之前，还包含采集遥测数据的步骤，所述的遥测数据为：星上时间T(i)；对应T(i)时刻的数字式太阳敏感器的在轨质心坐标XS(i)、YS(i)；星敏感器四元数Qj(i)。3.如权利要求2所述的数字式太阳敏感器在轨标定方法，其特征在于，所述的S2中，具体为：根据J2000惯性系下的太阳矢量Si以及星敏感器四元数Qj(i)，结合星敏感器的安装矩阵，计算得到卫星本体系下的太阳矢量投影Sb为：Sb＝Abm×Aj(i)×Si其中，Abm为星敏感器由J2000惯性系转换至卫星本体系的转换矩阵，Aj(i)为与星敏感器四元数Qj(i)对应的矩阵；Si为J2000惯性系下的太阳矢量。4.如权利要求3所述的数字式太阳敏感器在轨标定方法，其特征在于，所述的S3中，具体为：根据卫星本体系下的太阳矢量投影Sb，结合数字式太阳敏感器的安装矩阵，计算得到理论测量系下的太阳矢量投影Ss为：Ss＝Atb×Sb其中，Atb为数字式太阳敏感器由卫星本体系转换至理论测量系的转换矩阵。5.如权利要求4所述的数字式太阳敏感器在轨标定方法，其特征在于，所述的S4中，具体为：质心坐标根据理论测量系下的太阳矢量投影Ss，结合数字式太阳敏感器的成像焦距f、玻璃盖片厚度H、折射率n、以及安装偏差角计算数字式太阳敏感器的理论质心坐标XL(i)、YL(i)。6.如权利要求5所述的数字式太阳敏感器在轨标定方法，其特征在于，所述的S5中，具体为：将数字式太阳敏感器的质心原点坐标的标定误差Δx0、Δy0作为优化量，修正遥测的数字式太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：周静静，何益康，马雪阳，谢任远，李苗，王静吉，周连文，余维，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31