一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法，为计算出陀螺在轨的实际安装矩阵，需要卫星在惯性空间中以陀螺积分的定姿方式依次绕星体的X、Y、Z轴以固定角速度单轴旋转，并将星敏感器与陀螺的数据进行下传，将陀螺角速度转换到星体坐标系下后通过四阶龙格库塔积分解算出姿态，并与星敏感器解算出的姿态进行联立可解算出姿态矩阵。本发明专利技术的方法通过三次特定的姿态机动过程即可完成安装矩阵的计算，计算过程简单，计算结果准确，适用于卫星在轨陀螺安装矩阵的标定。

A Calibration Method of Gyro Installation Matrix Based on Satellite Inertial Space Rotating Attitude

The present invention relates to a calibration method of gyroscope installation matrix based on satellite inertial space rotation attitude. In order to calculate the actual gyroscope installation matrix on orbit, satellites need to rotate around the X, Y and Z axes of the star in order by gyroscope integration in inertial space, and download the data of star sensor and gyroscope, and convert the angular velocity of the gyroscope to the star. In the coordinate system, the attitude matrix can be calculated by the fourth order Runge-Kutta integral and the attitude calculated by the star sensor. The method of the invention can complete the calculation of the installation matrix through three specific attitude maneuver processes. The calculation process is simple and the calculation result is accurate. The method is suitable for the calibration of the installation matrix of the satellite gyroscope in orbit.

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法
本专利技术涉及航空航天
，具体涉及一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法。
技术介绍
随着卫星技术的发展，航天产业将会在人类产业中占据越来越重要的位置，而卫星的姿态确定是卫星技术中最基础、最关键的环节之一。陀螺作为卫星的姿态测量敏感器，可以通过测量数据确定卫星相对于惯性坐标系中的三轴姿态。陀螺的安装误差与地面标定误差、卫星发射段受到的振动与冲击、恶劣的太空工作环境等因素会使陀螺测量值因安装位置误差的存在而偏离真实值，从而影响卫星的姿态确定。宋亮等人在星敏感器陀螺姿态确定系统在轨标定研究中提出了星敏感器陀螺姿态确定系统在轨标定算法及策略，以星敏感器为参考基准对陀螺安装参数、标度参数和载荷安装参数进行了误差模型的建立，使用全状态扩展Kalman、偏差状态扩展Kalman、UKF滤波对陀螺安装参数、陀螺标度参数进行估计，但系统的可观性待进一步分析。陈雪芹等人在一种利用星敏感器对陀螺进行在轨标定的算法中通过递推算法对星敏感器进行在轨标定，然后采用Kalman滤波对星敏感器与陀螺进行联合在轨标定的方法，建立了星敏感器的标定模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法，其特征在于，包括以下步骤：为计算出陀螺在轨的实际安装矩阵，需要卫星在惯性空间中以陀螺积分的定姿方式依次绕星体的X、Y、Z轴以某一固定角速度旋转，其余两轴的期望角速度均为0，并将星敏感器与陀螺的数据进行下传；首先定义卫星本体坐标系、测量坐标系和地球惯性坐标系3种坐标系；1)卫星本体坐标系卫星本体坐标系是指固连于卫星的ObXbYbZb直角坐标系，亦称控制坐标系，坐标原点Ob在卫星的质心处，三坐标轴分别平行于星体安装坐标系OsXsYsZs的各坐标轴，并且方向一致；2)测量坐标系测量坐标系是指OcXcYcZc直角坐标系，其坐标原点为测量敏感器质心...

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星惯性空间旋转姿态的陀螺安装矩阵标定方法，其特征在于，包括以下步骤：为计算出陀螺在轨的实际安装矩阵，需要卫星在惯性空间中以陀螺积分的定姿方式依次绕星体的X、Y、Z轴以某一固定角速度旋转，其余两轴的期望角速度均为0，并将星敏感器与陀螺的数据进行下传；首先定义卫星本体坐标系、测量坐标系和地球惯性坐标系3种坐标系；1)卫星本体坐标系卫星本体坐标系是指固连于卫星的ObXbYbZb直角坐标系，亦称控制坐标系，坐标原点Ob在卫星的质心处，三坐标轴分别平行于星体安装坐标系OsXsYsZs的各坐标轴，并且方向一致；2)测量坐标系测量坐标系是指OcXcYcZc直角坐标系，其坐标原点为测量敏感器质心Oc，+Xc、+Yc、+Zc轴的指向由测量敏感器定义，+Xc轴与+Yc、+Zc轴成右手直角坐标系，测量坐标系相对卫星本体坐标系的关系由测量敏感器的安装矩阵决定；3)地球惯性坐标系J2000地球惯性坐标系是指OiXiYiZi直角坐标系，坐标系原点为地心Oi；Xi轴指向平春分点，2000年1月1日12时；Zi轴指向平北极，2000年1月1日12时，JD＝2451545.0；Yi轴和Xi、Zi轴构成右手直角坐标系，此坐标系也为地球惯性坐标系J2000，此坐标系为姿态测量基准和轨道测量基准；卫星陀螺安装矩阵的在轨标定方法的实施步骤如下：1)星敏感器定姿的姿态解算通过星敏感器输出的惯性坐标系到测量坐标系四元数Qstar与星敏感器测量坐标系到卫星本体坐标系的安装矩阵Qinstall，解算出星敏定姿的卫星惯性坐标系到卫星本体坐标系的姿态四元数Qib；2)陀螺定姿的姿态解算陀螺积分的定姿通过四阶龙格库塔法实现，输入的计算量为初始状态的定姿四元数Qbefore、即星敏感器定姿姿态初值，陀螺角速度初值wbefore、陀螺角速度末值wafter、即陀螺测量值，积分步长dT，即控制周期；计算的过程如下：wbefore＝[0wbefore(1)wbefore(2)wbefore(3)]wafter＝[0wafter(1)wafter(2)wafter(3)]其中，wmid为角速度中间值，k1,k2,k3,k4为四阶龙格库塔法中的斜率，q1,q2,q3为计算的中间变量，Qafter为解算出的定姿四元数末值；3)陀螺安装矩阵解算卫...

【专利技术属性】
技术研发人员：童鑫，戴路，徐开，李峰，刘萌萌，
申请(专利权)人：长光卫星技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22