基于双超平台的姿态角速度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于双超平台的姿态角速度测量方法及系统，包括：将运动学特性引入姿态测量模型，利用双超平台进行准静态姿态测量，获取陀螺的测量数据；利用双超平台的姿态测量结果对陀螺的常值漂移进行修正；基于被测对象的运动学特性，对出陀螺的动态测量误差进行修正；对修正后的数据进行反演插值，获取全时空内的测量结果。本发明专利技术适用于“高精高稳”的双超平台，可抑制陀螺的角随机游走，提高测量精度。

Measurement Method and System of Attitude Angular Velocity Based on Double Superplatforms

The invention provides an attitude angular velocity measurement method and system based on double super-platforms, which includes: introducing kinematics characteristics into attitude measurement model, using double super-platforms for quasi-static attitude measurement, obtaining gyroscope measurement data, correcting gyroscope constant drift by using attitude measurement results of double super-platforms, and extracting gyroscope based on the kinematics characteristics of the measured object. The dynamic measurement error is corrected, and the corrected data is interpolated back to obtain the measurement results in the whole time and space. The invention is applicable to a double super platform of \high precision, high stability\, and can restrain the angle random walk of the gyroscope and improve the measurement accuracy.

【技术实现步骤摘要】
基于双超平台的姿态角速度测量方法及系统
本专利技术涉及姿态运动学领域，具体地，涉及基于双超平台的高精度姿态角速度测量方法及系统。
技术介绍
随着卫星领域的不断发展，当前卫星领域已逐步从定性的功能化要求转变成高精度的定量化应用，测绘、气象、侦查等领域均对卫星的姿态稳定度提出更高的要求。为了获取超高精度的姿态稳定度，首先要解决高精度姿态角速度测量的问题。卫星姿态角速度测量敏感器为陀螺。陀螺测量误差包含常偏、常值漂移和角随机游走。其中常偏可通过地面标定修正；常值漂移可通过姿态测量敏感器(如星敏感器)在轨修正；但角随机游走产生的随机测量噪声难以修正，影响陀螺的测量精度。张洪华在《用于卫星角速度高精度测量的角动量陀螺》(见《控制工程》，1997年，第6期，页码1-6)一文里，介绍了通过陀螺可实现1×10-4°/s量级的姿态角速度测量，该文章从姿态敏感器的角度阐述了陀螺的测量原理，未涉及更高精度的姿态角速度测量方法。廖晖、周凤岐、周军在《利用预测滤波法估计小卫星姿态角速度》(见《西北工业大学学报》，2001年，第1期19卷，页码84-87)一文里，结合卫星姿态运动学方程和预测滤波法,建立了简单的线性估计模型,实时估计姿态角速度,并保证了估计的最优性。该方法适用于陀螺的常值漂移修正，无法补偿角随机游走。李晓、赵宏、武延鹏、王立在《基于星敏感器的卫星角速度估计精度分析》(见《空间控制技术与应用》，2012年，第3期38卷，页码16-20)一文里，介绍了一种基于星敏感器差分的卫星姿态角速度测量方法。文中提到，该方法可用于陀螺的故障诊断，同时作为备份，在陀螺失效时为控制系统提供角速度信息，无法满足高精度测量需求。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于双超平台的姿态角速度测量方法及系统。根据本专利技术提供的一种基于双超平台的姿态角速度测量方法，包括准静态姿态测量步骤：将运动学特性引入姿态测量模型，利用双超平台进行准静态姿态测量，获取陀螺的测量数据；常值漂移修正步骤：利用双超平台的姿态测量结果对陀螺的常值漂移进行修正；动态测量误差修正步骤：基于被测对象的运动学特性，对出陀螺的动态测量误差进行修正；反演插值步骤：对修正后的数据进行反演插值，获取全时空内的测量结果。较佳的，所述常值漂移修正步骤包括：获取陀螺的测量数据后，首先进行预处理，包括剔除陀螺常偏和轨道角速度，然后再进行常值漂移修正；常值漂移修正引入姿态敏感器的测量数据，结合卫星的运动学方程，通过卡尔曼滤波算法，实时修正陀螺的常值漂移。较佳的，所述动态测量误差修正步骤包括：结合双超平台卫星超静超稳的运动学特性，利用连续的空间信号的动态测量误差修正方法，通过增加陀螺积分时间实现动态测量误差修正。较佳的，设积分时间长度为Δt，则陀螺测量误差补偿后的结果为：上式中，为t时刻误差补偿后的姿态角速度结果，w(t)为陀螺测量结果；展开上式得到：w0为卫星实际姿态角速度，nv为陀螺角速度测量随机误差。较佳的，所述反演插值步骤包括：结合双超平台卫星超静超稳的运动学特性，对陀螺的测量数据按泰勒公式展开式求解，反演平滑滤波后姿态角速度变化曲线，并进行分段多项式插值，获取全时空内的测量结果。根据本专利技术提供的一种基于双超平台的姿态角速度测量系统，包括准静态姿态测量模块：将运动学特性引入姿态测量模型，利用双超平台进行准静态姿态测量，获取陀螺的测量数据；常值漂移修正模块：利用双超平台的姿态测量结果对陀螺的常值漂移进行修正；动态测量误差修正模块：基于被测对象的运动学特性，对出陀螺的动态测量误差进行修正；反演插值模块：对修正后的数据进行反演插值，获取全时空内的测量结果。较佳的，所述常值漂移修正模块包括：获取陀螺的测量数据后，首先进行预处理，包括剔除陀螺常偏和轨道角速度，然后再进行常值漂移修正；常值漂移修正引入姿态敏感器的测量数据，结合卫星的运动学方程，通过卡尔曼滤波算法，实时修正陀螺的常值漂移。较佳的，所述动态测量误差修正模块包括：结合双超平台卫星超静超稳的运动学特性，利用连续的空间信号的动态测量误差修正方法，通过增加陀螺积分时间实现动态测量误差修正。较佳的，设积分时间长度为Δt，则陀螺测量误差补偿后的结果为：上式中，为t时刻误差补偿后的姿态角速度结果，w(t)为陀螺测量结果；展开上式得到：w0为卫星实际姿态角速度，nv为陀螺角速度测量随机误差。较佳的，所述反演插值模块包括：结合双超平台卫星超静超稳的运动学特性，对陀螺的测量数据按泰勒公式展开式求解，反演平滑滤波后姿态角速度变化曲线，并进行分段多项式插值，获取全时空内的测量结果。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术适用于“高精高稳”的双超平台，可抑制陀螺的角随机游走，提高测量精度。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的原理图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术提供的一种基于双超平台的姿态角速度测量方法，包括陀螺测量常值漂移修正步骤：利用双超平台的姿态测量结果和轨道数据对陀螺的常值漂移进行修正。步骤一：采集星上陀螺的原始测量数据，对陀螺的测量数据进行积分处理，得到初始的卫星姿态角速度测量结果；上式中，θ0为陀螺原始测量数据；Δtg为积分时间；ω0为初始的卫星姿态角速度测量结果。步骤二：根据卫星的轨道信息计算出卫星的轨道角速度，在陀螺的初始的卫星姿态角速度测量结果里减掉卫星轨道角速度，完成轨道角速度修正；ω1＝ω0-ωsat上式中，ωsat为卫星的轨道角速度；ω1为剔除卫星轨道角速度后的姿态角速度测量结果，步骤三：引入姿态敏感器(如星敏感器)的测量数据，结合卫星的运动学方程，通过线性最小方差估计，实时计算陀螺的常值漂移，得到剔除常值漂移姿态角速度测量结果ω2。动态测量误差修正步骤：基于被测对象的运动学特性，对陀螺的动态测量误差进行修正。步骤1：结合卫星的姿态动力学方程分析卫星的姿态角速度变化趋势。卫星的动力学方程可写为：其中，为卫星的真实姿态角加速度，ω为卫星的真实姿态角速度，I为卫星的转动惯量，T为干扰力矩。由于双超平台具有“高精高稳”的特点，可以隔离高频振动，因此干扰力矩T为常值量或长周期量，且量级较小。根据上述公式，可以得出卫星的姿态角速度变化缓慢，为长周期变化。步骤2：分析陀螺的动态测量误差特性。陀螺的动态测量误差模型如下所示，上式中，ω2为剔除常值漂移和轨道角速度的姿态角速度测量结果，ω为卫星的真实姿态角速度，nv为陀螺的角随机游走，Δtg为积分时间。因此，若要实现动态测量误差修正，提高陀螺测量精度，需要降低角随机游走对测量结果的影响。步骤3：通过中值平均滤波抑制陀螺角随机游走引起的随机噪声。由于卫星的真实姿态角速度变化缓慢，且无高频振动，通过中值平均滤波后，有效降低了陀螺测量的高频随机噪声。反演插值步骤：对修正后的数据进行反演插值，获取全时空内的测量结果。步骤1：对所有的陀螺的测量数据按时间顺序划本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双超平台的姿态角速度测量方法，其特征在于，包括：准静态姿态测量步骤：将运动学特性引入姿态测量模型，利用双超平台进行准静态姿态测量，获取陀螺的测量数据；常值漂移修正步骤：利用双超平台的姿态测量结果对陀螺的常值漂移进行修正；动态测量误差修正步骤：基于被测对象的运动学特性，对出陀螺的动态测量误差进行修正；反演插值步骤：对修正后的数据进行反演插值，获取全时空内的测量结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于双超平台的姿态角速度测量方法，其特征在于，包括：准静态姿态测量步骤：将运动学特性引入姿态测量模型，利用双超平台进行准静态姿态测量，获取陀螺的测量数据；常值漂移修正步骤：利用双超平台的姿态测量结果对陀螺的常值漂移进行修正；动态测量误差修正步骤：基于被测对象的运动学特性，对出陀螺的动态测量误差进行修正；反演插值步骤：对修正后的数据进行反演插值，获取全时空内的测量结果。2.根据权利要求1所述的基于双超平台的姿态角速度测量方法，其特征在于，所述常值漂移修正步骤包括：获取陀螺的测量数据后，首先进行预处理，包括剔除陀螺常偏和轨道角速度，然后再进行常值漂移修正；常值漂移修正引入姿态敏感器的测量数据，结合卫星的运动学方程，通过卡尔曼滤波算法，实时修正陀螺的常值漂移。3.根据权利要求1所述的基于双超平台的姿态角速度测量方法，其特征在于，所述动态测量误差修正步骤包括：结合双超平台卫星超静超稳的运动学特性，利用连续的空间信号的动态测量误差修正方法，通过增加陀螺积分时间实现动态测量误差修正。4.根据权利要求3所述的基于双超平台的姿态角速度测量方法，其特征在于，设积分时间长度为Δt，则陀螺测量误差补偿后的结果为：上式中，为t时刻误差补偿后的姿态角速度结果，w(t)为陀螺测量结果；展开上式得到：w0为卫星实际姿态角速度，nv为陀螺角速度测量随机误差。5.根据权利要求1所述的基于双超平台的姿态角速度测量方法，其特征在于，所述反演插值步骤包括：结合双超平台卫星超静超稳的运动学特性，对陀螺的测量数据按泰勒公式展开式求解，反演平滑滤波后姿态角速度变化曲线，并进行分段多项式插值，获取全时空内的测量结果。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，宋效正，郑京良，周世宏，王田野，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31