【技术实现步骤摘要】
一种适应光度信息中断的航天器姿态估计方法
[0001]本专利技术一种在航天测控领域中,利用航天器光度信息确定其姿态的计算方法。主要通过运动观测平台对航天器进行光度测量,实现对航天器姿态的估计,为用户判断航天器姿态控制是否正常等提供重要信息
技术介绍
[0002]航天器的姿态确定是航天测控领域中的重要内容,对航天器状态识别、姿控状态监测等具有重要作用。
[0003]利用光学观测图像进行飞行器姿态估计的常见方法是直接对获取的图像进行相关处理,通过对目标图像进行分割、几何特征提取和匹配来粗略估计目标姿态。此类方法计算量较大,对目标成像分辨率要求较高,但地面测站对空间飞行器成像时往往为点状图像(空间站除外),成像分辨率不满足需求。
[0004]通过对光度测量数据进行处理,利用反演的方法可以获得飞行器的姿态信息。有国外学者对光度曲线进行周期性变化分析,成功区分了飞行器的翻滚和三轴稳定状态。进一步地,还可以通过时间序列分析方法,提取目标的旋转轴和旋转周期。但此类方法对实际光度测量数据中的随机噪声较为敏感,处理效果不太理想 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适应光度信息中断的航天器姿态估计方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:步骤A,建立光度测量模型根据运动观测平台、航天器、太阳在动态条件下相对位置姿态变化关系,建立航天器光度测量模型;步骤B,以航天器的姿态和转动角速度为状态变量并建立状态转换方程,在无迹卡尔曼滤波框架下,对当前状态进行sigma采样,并通过无迹变换进行新时刻状态预测;步骤C,适应光度信息中断的航天器姿态更新以测量得到的航天器光度信息为观测量并驱动滤波算法进行状态更新,完成航天姿态和角速度的实时估计,在光度信息中断的时刻,根据状态转换方程得到的航天器姿态估计量作为结果输出。2.根据权利要求1所述的一种适应光度信息中断的航天器姿态估计方法,其特征在于:所述步骤A具体包括以下步骤:步骤A.1,根据相关理论计算当前时刻对应的儒略日、黄赤交角以及太阳的平黄经和平近点角,进一步计算得到太阳的黄道经度,最后得到惯性坐标系下,航天器指向太阳的单位方向向量;步骤A.2,根据航天器轨道根数预报得到航天器在惯性坐标系下的位置,结合运动测站自身导航系统测量得到的测站位置,计算惯性坐标系下航天器指向测站的单位方向向量;步骤A.3,根据航天器各表面法向量与航天器姿态的关系,通过对初始状态各表面在航天器体坐标系中的指向进行旋转,获得当前时刻航天器各表面法向量计算方法;步骤A.4,根据航天器光度测量理论模型,结合本发明提出的航天器各表面阳光反射状态因子,建立包含运动测站、太阳指向以及通过航天器姿态计算得到的各表面法向量的航天器光度动态测量模型。3.根据权利要求1所述的一种适应光度信息中断的航天器姿态估计方法,其特征在于:所述步骤B具体包括以下步骤:步骤B.1,采用非线性滤波方式进行航天器姿态估计,使用航天器绕x、y、z轴的姿态角及转动角速度组成6维状态向量,并假设短时间内航天器做匀速转动建立状态转换方程;步骤B.2,在无迹卡尔曼滤波框架下进行状态预测,根据采样原则在当前状态进行sigma采样,并获得各采样点对应的均值权值和方差权值,再根据无迹变换的原则,利用sigma采样计算得到新时刻状态向量的预测值。4.根据权利要求1所述的一种适应光度信息中断的航天器姿态估计方法,其特征在于:所述步骤C具体包括以下步骤:步骤C.1,根据无迹变换原则,计算当前状态各sigma采样点进行状态转换后对应的航天器光度理论值,再结合均值权值和方差权值,计算得到新时刻航天器光度的预测值以及对应的协方差矩阵;步骤C.2,结合测站观测得到的新时刻航天器光度实际测量值,对状态向量的预测值进行更新,得到新时刻航天器姿态的估计值,若在没有光度实测值的时刻需要输出航天器姿态信息,则可以使用步骤B中的预测值作为输出。5.根据权利要求2所述的一种适应光度信息中断的航天器姿态估计方法,其特征在于:
所述光度测量模型建立步骤包括:(1)时刻t太阳单位方向向量的确定得到当前时刻的儒略日J
D
(t),对应的儒略世纪数为得到当前时刻黄赤交角ε
t
、太阳的平黄经及平近点角单位均为
°
进一步可得,当前时刻黄道经度为那么有时刻t的太阳单位方向向量为(2)运动测站和航天器位置姿态相对关系的确定时刻t惯性坐标下航天器指向测站的单位方向向量为其中,为时刻t测站自身的位置,为时刻t空间中运动航天器的位置,r
t
为时刻t航天器到测站的距离对于航天器的第i个表面,其在时刻t的单位法向量为其中,为初始状态...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈圣义,范超然,张峰,邹雨,任益斌,陆炘炘,李凯,魏永松,陈宇,
申请(专利权)人:中国卫星海上测控部,
类型:发明
国别省市:
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