星敏感器在轨测量低频误差分析方法、装置和存储介质制造方法及图纸

本申请涉及星敏感器在轨测量低频误差分析方法、装置和存储介质，所述方法包括步骤：根据两个星敏感器的光轴在惯性系中在轨测量的夹角与在卫星本体系中安装的夹角之差，确定两个星敏感器的光轴夹角的在轨测量误差；两个星敏感器为同一目标卫星上的星敏感器；对目标卫星的陀螺常值漂移在轨估计数据进行频谱分析，提取目标卫星的星敏感器在轨测量低频误差项的周期特征；根据光轴夹角的在轨测量误差和周期特征，通过常值项加周期性基函数构建星敏感器在轨测量低频误差的精细拟合模型；常值项由在轨测量误差确定，精细拟合模型用于确定星敏感器的在轨低频误差。通过采用上述方案，实现了对星敏感器在轨测量低频误差的高精确度分析的目的。

【技术实现步骤摘要】
星敏感器在轨测量低频误差分析方法、装置和存储介质
本申请涉及卫星测控
，特别是涉及一种星敏感器在轨测量低频误差分析方法、装置和存储介质。
技术介绍
高精度的姿态估计是实现高精度、高可靠性姿态控制的前提和保障。星敏感器在航天飞行器的姿态测量和控制系统中起着重要的作用，是最精密的姿态测量部件。然而，星敏感器在轨使用中，由于其发射时受到的冲击、工作环境的改变以及长期工作带来的老化和磨损，都会使其内部参数发生变化。为了保证星敏感器的测量精度和可靠性，有必要对其进行在轨标定。根据2008年德国JENA公司与欧空局星敏感器研制标准，其定义的星敏感器误差树主要包括时间误差(TemporalError，TE)、高空间频率误差(HighFrequencySpatialError，HFSE)、低空间频率误差(LowFrequencySpatialError，LFSE或称为视场空间误差)、偏置误差(BiasMean，BE)和偏置稳定性误差(BiasStability，BS)。经过综合分析，偏置误差和光行差可采取系统性校正手段弥补，影响可以忽略。像素空间误差和时域误差，就低轨卫星应用而言属于时域高频白噪声，在星敏感器的卡尔曼滤波器中可以有效地抑制。然而，在实现本专利技术过程中，专利技术人发现视场空间误差项表现为时域低频有色噪声，热弹性变形误差项是时域非随机噪声。视场空间误差项和热弹性变形误差项是星敏感器输出姿态呈现周期性波动的主要原因，即产生“短周期项误差”或者“低频误差”。由于低频误差具备时间相关的特点，传统滤波算法对此无能为力，也即存在无法精确分析低频误差的技术问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现对低频误差的高精确度分析的星敏感器在轨测量低频误差分析方法、一种星敏感器在轨测量低频误差分析装置，一种计算机设备以及一种计算机可读存储介质。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用以下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供一种星敏感器在轨测量低频误差分析方法，包括步骤：根据两个星敏感器的光轴在惯性系中在轨测量的夹角与在卫星本体系中安装的夹角之差，确定两个星敏感器的光轴夹角的在轨测量误差；两个星敏感器为同一目标卫星上的星敏感器；对目标卫星的陀螺常值漂移在轨估计数据进行频谱分析，提取目标卫星的星敏感器在轨测量低频误差项的周期特征；根据光轴夹角的在轨测量误差和周期特征，通过常值项加周期性基函数构建星敏感器在轨测量低频误差的精细拟合模型；常值项由在轨测量误差确定，精细拟合模型用于确定星敏感器的在轨低频误差。另一方面，还提供一种星敏感器在轨测量低频误差分析装置，包括：夹角误差模块，用于根据两个星敏感器的光轴在惯性系中在轨测量的夹角与在卫星本体系中安装的夹角之差，确定两个星敏感器的光轴夹角的在轨测量误差；两个星敏感器为同一目标卫星上的星敏感器；特征提取模块，用于对目标卫星的陀螺常值漂移在轨估计数据进行频谱分析，提取目标卫星的星敏感器在轨测量低频误差项的周期特征；模型构建模块，用于根据光轴夹角的在轨测量误差和周期特征，通过常值项加周期性基函数构建星敏感器在轨测量低频误差的精细拟合模型；常值项由在轨测量误差确定，精细拟合模型用于确定星敏感器的在轨低频误差。又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述星敏感器在轨测量低频误差分析方法的步骤。再一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述星敏感器在轨测量低频误差分析方法的步骤。上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：上述星敏感器在轨测量低频误差分析方法、装置和存储介质，通过首先针对星敏感器在轨测量数据，计算卫星的两个星敏感器在轨测量的光轴夹角与实际安装夹角之差，从而获得两个星敏感器光轴夹角的在轨测量误差；然后，考虑到利用星敏感器在轨测量数据估计出的陀螺常值漂移在轨估计数据，会因星敏感器在轨测量低频误差的存在而出现短周期波动情况，而采用对星上下传的陀螺常值漂移在轨估计数据进行频谱分析的方式，提取出星敏感器在轨测量低频误差的周期特征；最后，针对光轴夹角的在轨测量误差，根据提取出的低频误差周期特征，构建星敏感器在轨测量低频误差的精细拟合模型，用于对星敏感器在轨测量低频误差的分析确定，实现了对星敏感器在轨测量低频误差的高精确度分析的目的。附图说明图1为一个实施例中星敏感器在轨测量低频误差分析方法的流程示意图；图2为一个实施例中获取两个星敏感器的光轴在惯性系中夹角的流程示意图；图3为一个实施例中获取两个星敏感器的光轴在卫星本体系中夹角的流程示意图；图4为一个实施例中周期特征提取的流程示意图；图5为另一个实施例中星敏感器在轨测量低频误差分析方法的流程示意图；图6为一个实施例中星敏感器在轨测量的光轴夹角示意图；图7为一个实施例中星敏感器在轨测量的光轴夹角误差示意图；图8为一个实施例中在轨测量低频误差频谱图；图9为一个实施例中在轨测量夹角误差拟合重构结果(一阶)示意图；图10为一个实施例中在轨测量夹角误差拟合重构误差(一阶)效果图；图11为一个实施例中轨测量夹角误差拟合重构结果(二阶)示意图；图12为一个实施例中轨测量夹角误差拟合重构误差(二阶)效果图；图13为一个实施例中轨测量夹角误差拟合重构结果(三阶)示意图；图14为一个实施例中轨测量夹角误差拟合重构误差(三阶)效果图；图15为一个实施例中星敏感器在轨测量低频误差分析装置的模块结构示意图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件，即也可以是间接连接到另一个元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。卫星的姿态确定和控制是卫星技术及应用领域一个很重要的方面。高精度的姿态估计是实现高精度、高可靠性姿态控制的前提和保障。然而，星敏感器在轨使用中，由于其发射时受到的冲击、工作环境的改变以及长期工作带来的老化和磨损，都会使其内部参数发生变化。为了保证星敏感器的测量精度和可靠性，有必要对其进行在轨标定。根据2008年德国JENA公司与欧空局星敏感器研制标准，其定义的星敏感器误差树主要包括时间误差(TemporalError，TE)、高空间频率误差(HighFrequencySpatialError，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星敏感器在轨测量低频误差分析方法，其特征在于，包括步骤：/n根据两个星敏感器的光轴在惯性系中在轨测量的夹角与在卫星本体系中安装的夹角之差，确定两个所述星敏感器的光轴夹角的在轨测量误差；两个所述星敏感器为同一目标卫星上的星敏感器；/n对所述目标卫星的陀螺常值漂移在轨估计数据进行频谱分析，提取所述目标卫星的星敏感器在轨测量低频误差项的周期特征；/n根据所述光轴夹角的在轨测量误差和所述周期特征，通过常值项加周期性基函数构建星敏感器在轨测量低频误差的精细拟合模型；所述常值项由所述在轨测量误差确定，所述精细拟合模型用于确定所述星敏感器的在轨低频误差。/n

【技术特征摘要】
1.一种星敏感器在轨测量低频误差分析方法，其特征在于，包括步骤：
根据两个星敏感器的光轴在惯性系中在轨测量的夹角与在卫星本体系中安装的夹角之差，确定两个所述星敏感器的光轴夹角的在轨测量误差；两个所述星敏感器为同一目标卫星上的星敏感器；
对所述目标卫星的陀螺常值漂移在轨估计数据进行频谱分析，提取所述目标卫星的星敏感器在轨测量低频误差项的周期特征；
根据所述光轴夹角的在轨测量误差和所述周期特征，通过常值项加周期性基函数构建星敏感器在轨测量低频误差的精细拟合模型；所述常值项由所述在轨测量误差确定，所述精细拟合模型用于确定所述星敏感器的在轨低频误差。


2.根据权利要求1所述的星敏感器在轨测量低频误差分析方法，其特征在于，两个所述星敏感器的光轴在惯性系中的夹角，通过如下步骤获取：
分别获取两个所述星敏感器下传输出的四元数序列；
根据四元数与姿态矩阵的对应关系，分别将两个所述四元数序列转换到惯性系的姿态转换矩阵；
根据光轴在惯性系中的夹角计算公式和两个所述姿态转换矩阵，计算得到两个所述星敏感器的光轴在惯性系中的夹角。


3.根据权利要求1或2所述的星敏感器在轨测量低频误差分析方法，其特征在于，两个所述星敏感器的光轴在卫星本体系中的夹角，通过如下步骤获取：
分别获取两个所述星敏感器的地面标定的安装矩阵；
根据光轴在卫星本体系中的夹角计算公式和两个所述安装矩阵，计算得到两个所述星敏感器的光轴在卫星本体系中的夹角。


4.根据权利要求3所述的星敏感器在轨测量低频误差分析方法，其特征在于，对所述目标卫星的陀螺常值漂移在轨估计数据进行频谱分析，提取所述目标卫星的星敏感器在轨测量低频误差项的周期特征的步骤，包括：
对所述陀螺常值漂移在轨估计数据进行快速傅里叶变换处理；
在所述快速傅里叶变换的数据图像中，根据幅值强度提取最大幅值强度至设定幅值强度所分别对应的各周期项；各所述周期项为所述周期特征。


5.根据权利要求1所述的星敏感器在轨测量低频误差分析方法，其特征在于，还包括步骤：
分别根据不同阶次的所述周期特征，对所述精细拟合模型进...

【专利技术属性】
技术研发人员：矫媛媛，张青青，潘晓刚，蔡伟伟，周萱影，王炯琦，王世金，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43