基于多维差异化误差特性分布的双星敏加权姿态确定方法技术

本发明专利技术提供一种基于多维差异化误差特性分布的双星敏加权姿态确定方法，将其它星敏感器的输出转换至目标星敏感器的坐标系后，明确得到新坐标下的二轴误差特性，并根据三维空间中矢量在二轴上的差异化误差特性进行加权得到更高精度的输出信息。本发明专利技术的方法可以将多个星敏感器的输出信息进行深度融合。在不同星敏感器构型下可以降低星敏感器输出的高频误差，不同程度地提高单个星敏感器的等效输出精度。通过分析星敏的测量误差，可以根据不同星敏的光轴/横轴的差异化误差特性，得到最优的加权系数，从而使加权后测量误差优于任何单个星敏单次测量的测量误差。本发明专利技术的方法定姿精度高，计算简单，工程实现容易。

【技术实现步骤摘要】
基于多维差异化误差特性分布的双星敏加权姿态确定方法
本专利技术属于航天器的姿态确定领域，涉及双星敏定姿下的姿态确定方法。
技术介绍
星敏感器是航天器控制分系统进行姿态确定时最常使用的敏感器。星敏感器具有精度高，能直接确定惯性指向的特点。星敏感器输出精度可分为光轴精度与横轴精度，光轴精度通常为横轴精度的5～10倍。在现有姿态确定算法中通常直接使用两个星敏感器的光轴进行双矢量的姿态确定，横轴的精度信息未加以利用，在光轴夹角越小时，横轴的误差将被放大得越大，甚至远远超出星敏自身的横轴误差。经对现有技术文献的检索发现，现有技术中有对于二维平面内的矢量进行加权处理方法，而星敏感器的姿态输出位于三维空间内，且单个矢量在与之该矢量垂直的平面内两个方向上的误差特性不同，因此传统的矢量加权方法无法适用。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：提供了一种基于多维差异化误差特性分布的双星敏加权姿态确定方法，将多个星敏感器的输出信息进行深度融合，在不同星敏感器构型下可以降低星敏感器输出的高频误差，不同程度地提高单个星敏感器的等效输出精度。本专利技术的技术解决方案是：一种基于多维差异化误差特性分布的双星敏加权定姿方法，包括如下步骤：(1)测量得到星敏感器STS1和星敏感器STS2各自的光轴误差或横轴误差，其中，星敏感器横轴误差为光轴误差的k倍；(2)由安装布局得到星敏感器STS1到星敏感器STS2的姿态转换矩阵C和对应的欧拉角θ,ψ；(3)使用2个星敏感器同时对星空成像，得到同一时刻各自的三轴姿态测量数据；其中，星敏感器STS1得到的三轴姿态测量数据用表示；星敏感器STS2得到的三轴姿态测量数据用表示；(4)根据步骤(2)中的姿态转换矩阵C及步骤(3)中测量得到的星敏感器STS1的三轴姿态测量数据，将星敏感器STS1的三轴姿态测量数据通过姿态转换矩阵C转换，得到转换后的星敏感器STS2的三轴姿态测量数据(5)由星敏感器横轴与光轴误差倍数k和姿态转换矩阵对应的欧拉角θ,ψ，求得加权系数p1,p2,p3；(6)由和构建新的加权输出(7)根据步骤(2)的姿态转换矩阵及步骤(3)中测量得到2个星敏感器的测量数据，将星敏感器STS2的三轴姿态测量数据通过姿态转换矩阵C-1转换，得到转换后的星敏感器STS1的三轴姿态测量数据(8)由星敏感器横轴与光轴误差倍数k和姿态转换矩阵对应的欧拉角θ,ψ，求取得到另一组加权系数p'1,p'2,p'3；(9)由和构建新的加权星敏感器输出步骤(4)中：步骤(5)中，根据k,θ,ψ求取最优的比例系数p1,p2,p3使得的误差最小；如果欧拉角采用3-1-3转序，则步骤(6)中，由和构建的新的加权输出为：步骤(8)中，根据k,θ,ψ求取最优的比例系数p1',p'2,p'3使得的误差最小；如果欧拉角采用3-1-3转序，则步骤(9)中，由和构建的新的加权星敏感器输出为：本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术的方法在三维空间内实现了在两个方向上具有差异化误差特性的矢量进行加权处理，使加权后矢量的误差特性优于原有的矢量；本专利技术的方法充分利用了星敏感器光轴和横轴的测量信息，使得在星敏感器的光轴夹角小的情况下，仍能保证加权后的星敏感器三轴姿态测量误差不会因为夹角较小而被放大。同时，本专利技术的方法可以方便扩展至更高维的矢量加权处理中。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图。具体实施方式本专利技术方法的流程框图如图1所示，基于多维差异化误差特性分布的双星敏加权姿态确定方法，包括步骤如下：1)测量得到2个星敏感器(定义为星敏感器STS1和星敏感器STS2)各自的光轴/横轴误差。星敏感器横轴误差为光轴误差的k倍。k通常为5～30，与星敏感器光学系统设计相关。为后续描述方便，可以将测量得到的光轴误差定为m角秒，则横轴误差为km角秒。2)由安装布局得到2个星敏感器间的姿态转换矩阵C和对应的欧拉角θ,ψ。姿态转换矩阵C可以用欧拉角θ,ψ表示。在确定姿态转换矩阵的情况下，不同转序对应的欧拉角也不相同。为表述方便，后续选取3-1-3转序进行分析。3)使用2个星敏感器同时对星空成像，得到同一时刻各自的三轴姿态测量数据。其中，星敏感器STS1得到的三轴姿态测量数据用表示；星敏感器STS2得到的三轴姿态测量数据用表示；4)将星敏感器STS1的三轴姿态测量数据通过姿态转换矩阵C转换，得到转换后的星敏感器STS2的三轴姿态测量数据5)由星敏感器横轴与光轴误差倍数k和姿态转换矩阵对应的欧拉角θ,ψ4个参数，求取得到加权系数p1,p2,p3。以下加权系数是在3-1-3转序对应欧拉角的最优系数。6)由和构建新的加权输出即星敏感器STS2安装下的加权姿态测量数据为：7)将星敏感器STS2的三轴姿态测量数据通过姿态转换矩阵C-1转换，得到转换后的星敏感器STS1的三轴姿态测量数据8)由星敏感器横轴与光轴误差倍数k和姿态转换矩阵对应的欧拉角θ,ψ4个参数，求取得到加权系数p'1,p'2,p'3。以下加权系数是在3-1-3转序对应欧拉角的最优系数。9)由和构建新的加权星敏感器输出即星敏感器STS1安装下的加权姿态测量数据为：通过理论分析，可以得到加权后的星敏感器STS2的误差特性如下：(a)在方向上偏差的方差为小于原有的方差m2。在方向上偏差的方差为小于原有的方差m2。(b)在方向上偏差的方差为小于原有的方差k2m2。在方向上偏差的方差为小于原有的方差m2。(c)在方向上偏差的方差为小于原有的方差k2m2。在方向上偏差的方差为小于原有的方差m2。通过理论分析，可以得到加权后的星敏感器STS1的误差特性如下：(d)在方向上偏差的方差为小于原有的方差m2。在方向上偏差的方差为小于原有的方差m2。(e)在方向上偏差的方差为小于原有的方差k2m2。在方向上偏差的方差为小于原有的方差m2。(f)在方向上偏差的方差为小于原有的方差k2m2。在方向上偏差的方差为小于原有的方差m2。选取一些特殊情况(按3-1-3转序)：(a)当θ＝0时，即星敏感器STS1和星敏感器STS2的安装关系为仅绕Z轴旋转一定角度，此时加权得到的三轴测量矢量误差均为单个星敏感器测量的0.707倍；(b)当度，θ＝90时，即星敏感器STS1的Z轴与星敏感器STS2的Y轴重合，此时加权得到的Z轴矢量在方向上偏差的方差为在方向上偏差的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多维差异化误差特性分布的双星敏加权定姿方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)测量得到星敏感器STS

【技术特征摘要】
1.一种基于多维差异化误差特性分布的双星敏加权定姿方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测量得到星敏感器STS1和星敏感器STS2各自的光轴误差或横轴误差，其中，星敏感器横轴误差为光轴误差的k倍；
(2)由安装布局得到星敏感器STS1到星敏感器STS2的姿态转换矩阵C和对应的欧拉角θ,ψ；
(3)使用2个星敏感器同时对星空成像，得到同一时刻各自的三轴姿态测量数据；
其中，星敏感器STS1得到的三轴姿态测量数据用表示；星敏感器STS2得到的三轴姿态测量数据用表示；
(4)根据步骤(2)中的姿态转换矩阵C及步骤(3)中测量得到的星敏感器STS1的三轴姿态测量数据，将星敏感器STS1的三轴姿态测量数据通过姿态转换矩阵C转换，得到转换后的星敏感器STS2的三轴姿态测量数据
(5)由星敏感器横轴与光轴误差倍数k和姿态转换矩阵对应的欧拉角θ,ψ，求得加权系数p1,p2,p3；
(6)由和构建新的加权输出
(7)根据步骤(2)的姿态转换矩阵及步骤(3)中测量得到2个星敏感器的测量数据，将星敏感器STS2的三轴姿态测量数据通过姿态转换矩阵C-1转换，得到转换后的星敏感器STS1的三轴姿态测量数据



(8)由星敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晋鹏，陈超，陆栋宁，谢鸣宇，雷拥军，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11