基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法技术

本发明专利技术提供了一种基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法，在无初始姿态的情况下，采用陀螺仪输出t时刻本体坐标系下的卫星角速度，得到初始姿态四元数；使用[0 0 0 1]作为初始姿态四元数，得到卫星t1时刻相对于t2时刻的相对四元数；获取卫星在t1时刻和t2时刻的地球磁场矢量，将t1时刻的地球磁场矢量转换到t2时刻的本体坐标系中，按照双矢量定姿的方法，即可得到当前时刻姿态四元数。本发明专利技术的方法不需要初始卫星姿态，不需要滤波处理，并且只使用了可靠性较高的姿控部件磁强计和陀螺仪，成本低，尤其是在卫星出现异常其他定姿方法不可用的情况下，使用该方法可以做出应急处理，降低了卫星运行的风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星姿态确定
，尤其涉及一种基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法。
技术介绍
卫星姿态确定的方法有很多，双矢量定姿法和陀螺积分定姿法是其中比较常用的方法。采用双矢量定姿法要求同一时刻要有两个矢量，或者在一个矢量的基础上利用陀螺滤波处理偏差；采用陀螺仪积分定姿首先要知道初始状态，而且还有累积误差，卫星在太空中由于环境恶劣难免会发生各种突发或者异常的情况，经常导致之前的数据丢失，或某些数据错误，在无可用的有效初始姿态信息时是无法使用陀螺积分定姿法的。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法，在无初始姿态的情况下，采用磁强计和陀螺的数据，利用双矢量定姿原理确定卫星对地姿态。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法，卫星运行轨道为弧线Ob1Ob2，卫星在t1时刻所在点为Ob1，卫星在t2时刻所在点为Ob2，参考坐标系为OiXiYiZi，卫星在点Ob1处的本体坐标系为Ob1Xb1Yb1Zb1，卫星在点Ob2处的本体坐标系为Ob2Xb2Yb2Zb2，点Ob1处地球磁场矢量为B1，点Ob2处地球磁场矢量为B2；B1在本体坐标系Ob1Xb1Yb1Zb1下的描述为Bb1，在参考坐标系OiXiYiZi下的描述为Bi1，B2在本体坐标系Ob2Xb2Yb2Zb2下的描述为Bb2，在参考坐标系OiXiYiZi下的描述为Bi2；所述基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法包括以下步骤：步骤S1：陀螺仪输出数据得到t时刻本体坐标系下的卫星角速度为 ω b = ω 1 ω 2 ω 3 ]]>步骤S2：采用四元数描述的卫星姿态运动学方程为： Q · = 1 2 0 ω 3 - ω 2 ω 1 - ω 3 0 ω 1 ω 2 ω 2 - ω 1 0 ω 3 - ω 1 - ω 2 - ω 3 0 Q ]]>其中，Q为初始姿态四元数；步骤S3：使用[0 0 0 1]作为初始姿态四元数，通过积分求得卫星t1时刻相对于t2时刻的相对四元数为：将t1时刻的Bb1矢量转换到t2时刻的本体坐标系中，记做B′b1，则：其中，表示四元数与三位矢量的乘法；步骤S4：由Bi1、Bi2、B′b1、Bb2按照双矢量定姿的方法，即可得到当前时刻本体系Ob2Xb2Yb2Zb2相对于参考坐标系OiXiYiZi的姿态四元数Qbi。作为本专利技术的进一步改进，步骤S4包括以下子步骤：子步骤A：在参考坐标系OiXiYiZi中，以Bi1、Bi2为参考矢量建立正交坐标系OiR1R2R3，各坐标轴的单位矢量是：R3＝R1×R2；用矩阵来表示为：MR＝[R1 R2 R3]；在卫星本体坐标系Ob2Xb2Yb2Zb2中，以B′b1、Bb2为参考矢量建立正交坐标系Ob2S1S2S3，各坐标轴的单位矢量是：S3＝S1×S2；用矩阵来表示为：MS＝[S1 S2 S3]；子步骤B：卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法，其特征在于：卫星运行轨道为弧线Ob1Ob2，卫星在t1时刻所在点为Ob1，卫星在t2时刻所在点为Ob2，参考坐标系为OiXiYiZi，卫星在点Ob1处的本体坐标系为Ob1Xb1Yb1Zb1，卫星在点Ob2处的本体坐标系为Ob2Xb2Yb2Zb2，点Ob1处地球磁场矢量为B1，点Ob2处地球磁场矢量为B2；B1在本体坐标系Ob1Xb1Yb1Zb1下的描述为Bb1，在参考坐标系OiXiYiZi下的描述为Bi1，B2在本体坐标系Ob2Xb2Yb2Zb2下的描述为Bb2，在参考坐标系OiXiYiZi下的描述为Bi2；所述基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法包括以下步骤：步骤S1：陀螺仪输出数据得到t时刻本体坐标系下的卫星角速度为ωb=ω1ω2ω3]]>步骤S2：采用四元数描述的卫星姿态运动学方程为：Q·=120ω3-ω2ω1-ω30ω1ω2ω2-ω10ω3-ω1-ω2-ω30Q]]>其中，Q为初始姿态四元数；步骤S3：使用[0 0 0 1]作为初始姿态四元数，通过积分求得卫星t1时刻相对于t2时刻的相对四元数为：将t1时刻的Bb1矢量转换到t2时刻的本体坐标系中，记做B′b1，则：其中，表示四元数与三位矢量的乘法；步骤S4：由Bi1、Bi2、B′b1、Bb2按照双矢量定姿的方法，即可得到当前时刻本体系Ob2Xb2Yb2Zb2相对于参考坐标系OiXiYiZi的姿态四元数Qbi。...

【技术特征摘要】
1.一种基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法，其特征在于：卫星运行轨道为弧线Ob1Ob2，卫星在t1时刻所在点为Ob1，卫星在t2时刻所在点为Ob2，参考坐标系为OiXiYiZi，卫星在点Ob1处的本体坐标系为Ob1Xb1Yb1Zb1，卫星在点Ob2处的本体坐标系为Ob2Xb2Yb2Zb2，点Ob1处地球磁场矢量为B1，点Ob2处地球磁场矢量为B2；B1在本体坐标系Ob1Xb1Yb1Zb1下的描述为Bb1，在参考坐标系OiXiYiZi下的描述为Bi1，B2在本体坐标系Ob2Xb2Yb2Zb2下的描述为Bb2，在参考坐标系OiXiYiZi下的描述为Bi2；所述基于地磁场和陀螺的非滤波无初始姿态的姿态确定方法包括以下步骤：步骤S1：陀螺仪输出数据得到t时刻本体坐标系下的卫星角速度为 ω b = ω 1 ω 2 ω 3 ]]>步骤S2：采用四元数描述的卫星姿态运动学方程为： Q · = 1 2 0 ω 3 - ω 2 ω 1 - ω 3 0 ω 1 ω 2 ω 2 - ω 1 0 ω 3 - ω 1 - ω 2 - ω 3 0 Q ]]>其中，Q为初始姿态四元数；步骤S3：使用[0 0 0 1]作为初始姿态四元数，通过积分求得卫星t1时刻相对于t2时刻的相对四元数为：将t1时刻的Bb1矢量转换到t2时刻的本体坐标系中，记做B′b1，则：其中，表示四元数与三位矢量的乘法；步骤S4：由Bi1、Bi2、B′b1、Bb2按照双矢量定姿的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇义民，季艳波，袁勤，薛力军，郭碧波，李春，刘宽俊，
申请(专利权)人：深圳航天东方红海特卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44