一种多星敏感器系统级联邦滤波融合方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多星敏感器系统级联邦滤波融合方法，包括：设置基准星敏感器，确定基准四元数和非基准星敏感器；基于每一所述非基准星敏感器的安装参数、四元数输出和有效性标志，分别计算每一所述非基准星敏感器的融合修正角；基于每一所述星敏感器的数据有效性判断，计算系统融合系数矩阵；基于联邦滤波算法，计算系统的融合修正角；根据所述系统的融合修正角，修正所述基准星敏感器的四元数，得到融合四元数，本发明专利技术实现多星敏感器配置下的系统级多星敏感器信息融合，有效降低星敏感器定姿的低频噪声水平，提升姿态测量精度和可靠性，减少对于单机级星敏感器信息融合的依赖，提高系统星敏感器选型的灵活性。系统星敏感器选型的灵活性。系统星敏感器选型的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种多星敏感器系统级联邦滤波融合方法


[0001]本专利技术涉及航天器在轨运行测量
，具体涉及一种多星敏感器系统级联邦滤波融合方法。

技术介绍

[0002]星敏感器是卫星获取惯性姿态的关键单机，是姿态测量控制的基础。卫星控制系统为了提升姿态测量的可靠性，通常配置多台的星敏感器，单台星敏感器在垂直光轴方向的姿态测量精度要显著高于光轴方向，噪声较大。
[0003]传统方法中单台星敏感器存在对卫星三轴姿态测量精度较低，且测量噪声较大的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了提供一种多星敏感器系统级联邦滤波融合方法。此方法旨在解决传统方法中单台星敏感器存在对卫星三轴姿态测量精度较低，且测量噪声较大的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供了一种多星敏感器系统级联邦滤波融合方法，包括：
[0006]步骤S1：根据系统需求或遥控设置基准星敏感器，确定基准四元数和非基准星敏感器；
[0007]步骤S2：基于每一所述非基准星敏感器的安装参数、四元数输出和有效性标志，分别计算每一所述非基准星敏感器的融合修正角；
[0008]步骤S3：基于每一所述星敏感器的数据有效性判断，计算系统融合系数矩阵；
[0009]步骤S4：基于联邦滤波算法，根据所述系统融合系数矩阵和每一所述非基准星敏感器的融合修正角，计算系统的融合修正角；
[0010]步骤S5：根据所述系统的融合修正角，修正所述基准星敏感器的四元数，得到融合四元数。
[0011]优选的，所述基准星敏感器和所述非基准星敏感器共设置有三个，三个星敏感器分别为：第一星敏感器、第二星敏感器和第三星敏感器。
[0012]优选的，在所述步骤S2中，每一所述非星敏感器安装参数包括：所述第一星敏感器到所述第二星敏感器的安装偏差四元数为所述第二星敏感器到所述第三星敏感器的安装偏差四元数为所述第三星敏感器到所述第一星敏感器的安装偏差四元数为
[0013]优选的，在所述步骤S2中，每一所述非基准星敏感器的四元数输出分别为：所述第一星敏感器到所述第二星敏感器的变换四元数为所述第二星敏感器到所述第三星敏感器的变换四元数为所述第三星敏感器到所述第一星敏感器的变换四
元数为
[0014]所述第一星敏感器计算得到的本体系相对惯性系四元数为所述第二星敏感器计算得到的本体系相对惯性系四元数为第三星敏感器计算得到的本体系相对惯性系四元数为
[0015]优选的，在所述步骤S2中，每一所述非基准星敏感器的有效性标志分别为：系统级诊断得到的所述第一星敏感器四元数的有效性标志为Valid1，系统级诊断得到的所述第二星敏感器四元数的有效性标志为Valid2，系统级诊断得到的所述第三星敏感器四元数的有效性标志为Valid3。
[0016]优选的，在所述步骤S2中，每一所述非准星敏感器的融合修正角，其具体计算步骤包括：
[0017]若选取所述第一敏感器为所述基准星敏感器，则所述基准四元数为所述第一星敏感器四元数：
[0018][0019]判断Valid2＝＝1是否成立，若Valid2＝＝1不成立，则所述第二星敏感器的融合修正角Δ
ST2
取为[000]T
，若Valid2＝＝1成立，则计算所述第二星敏感器的修正四元数所述第二星敏感器的修正四元数的计算表达式为：
[0020][0021]将所述第二星敏感器的修正四元数转换为所述第二星敏感器的融合修正角Δ
ST2
，所述第二星敏感器的融合修正角Δ
ST2
的计算表达式为：
[0022][0023]其中，quat2Angle为四元数转换成欧拉角的函数，转序要求123。
[0024]判断Valid3＝＝1是否成立，若Valid3＝＝1不成立，则所述第三星敏感器的融合修正角Δ
ST3
取为[000]T
，若Valid3＝＝1成立，则计算所述第三星敏感器的修正四元数所述第三星敏感器的融合修正角Δ
ST3
的计算表达式为：
[0025][0026]将所述第三星敏感器的修正四元数Δ
ST3
转换为星敏感器3的融合修正角Δ
ST3
，所述第二星敏感器的融合修正角Δ
ST3
的计算表达式为：
[0027][0028]优选的，在所述步骤S3中，所述系统融合系数矩阵F的具体计算步骤包括：
[0029]地面根据每一所述星敏感器的标称安装关系，计算每一所述星敏感器的偏差系数矩阵P
i
，其表达式为：
[0030][0031]计算所述第一星敏感器、第二星敏感器和所述第三星敏感器的融合系数矩阵F
123
：
[0032]F
123
＝(P1+P2+P3)
‑1[0033]计算所述第一星敏感器和所述第二星敏感器的融合系数矩阵F
12
：
[0034]F
12
＝(P1+P2)
‑1[0035]计算所述第一星敏感器和所述第三星敏感器的融合系数矩阵F
13
：
[0036]F
13
＝(P1+P3)
‑1[0037]计算所述第二星敏感器和所述第三星敏感器的融合系数矩阵F
23
：
[0038]F
23
＝(P2+P3)
‑1[0039]设置所述第一星敏感器为所述基准星敏感器，则所述系统融合系数矩阵F为：
[0040][0041]优选的，在所述步骤S4中，通过所述联邦滤波算法，计算所述系统的融合修正角Δ
R
的，其具体步骤包括：
[0042][0043]优选的，在所述步骤S5中，根据所述系统的融合修正角，修正所述基准星敏感器四元数，得到融合四元数Q
bi_R
，其计算步骤包括：
[0044][0045]其中，angle2quat为欧拉角转四元数函数，转序为123。
[0046]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0047]本专利技术通过设置基准星敏感器，以其为参考，由非基准星敏感器的安装、四元数输出和有效性标志计算其融合修正角，根据所有配置星敏感器的数据有效性计算系统融合系数矩阵，联邦滤波计算系统的融合修正角，修正基准星敏感器四元数得到系统融合四元数，实现多星敏感器配置下的系统级多星敏感器信息融合，有效降低星敏感器定姿的低频噪声水平，提升姿态测量精度和可靠性，减少对于单机级星敏感器信息融合的依赖，提高系统星敏感器选型的灵活性。
附图说明
[0048]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
[0049]图1为本专利技术一实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多星敏感器系统级联邦滤波融合方法，其特征在于，包括：步骤S1：根据系统需求或遥控设置基准星敏感器，确定基准四元数和非基准星敏感器；步骤S2：基于每一所述非基准星敏感器的安装参数、四元数输出和有效性标志，分别计算每一所述非基准星敏感器的融合修正角；步骤S3：基于每一所述星敏感器的数据有效性判断，计算系统融合系数矩阵；步骤S4：基于联邦滤波算法，根据所述系统融合系数矩阵和每一所述非基准星敏感器的融合修正角，计算系统的融合修正角；步骤S5：根据所述系统的融合修正角，修正所述基准星敏感器的四元数，得到融合四元数。2.如权利要求1所述的多星敏感器系统级联邦滤波融合方法，其特征在于，所述基准星敏感器和所述非基准星敏感器共设置有三个，三个星敏感器分别为：第一星敏感器、第二星敏感器和第三星敏感器。3.如权利要求2所述的多星敏感器系统级联邦滤波融合方法，其特征在于，在所述步骤S2中，每一所述非星敏感器安装参数包括：所述第一星敏感器到所述第二星敏感器的安装偏差四元数为所述第二星敏感器到所述第三星敏感器的安装偏差四元数为所述第三星敏感器到所述第一星敏感器的安装偏差四元数为4.如权利要求3所述的多星敏感器系统级联邦滤波融合方法，其特征在于，在所述步骤S2中，每一所述非基准星敏感器的四元数输出分别为：所述第一星敏感器到所述第二星敏感器的变换四元数为所述第二星敏感器到所述第三星敏感器的变换四元数为所述第三星敏感器到所述第一星敏感器的变换四元数为所述第一星敏感器计算得到的本体系相对惯性系四元数为所述第二星敏感器计算得到的本体系相对惯性系四元数为第三星敏感器计算得到的本体系相对惯性系四元数为5.如权利要求4所述的多星敏感器系统级联邦滤波融合方法，其特征在于，在所述步骤S2中，每一所述非基准星敏感器的有效性标志分别为：系统级诊断得到的所述第一星敏感器四元数的有效性标志为Valid1，系统级诊断得到的所述第二星敏感器四元数的有效性标志为Valid2，系统级诊断得到的所述第三星敏感器四元数的有效性标志为Valid3。6.如权利要求5所述的多星敏感器系统级联邦滤波融合方法，其特征在于，在所述步骤S2中，每一所述非准星敏感器的融合修正角，其具体计算步骤包括：若选取所述第一敏感器为所述基准星敏感器，则所述基准四元数为所述第一星敏感器四元数：判断Valid2＝＝1是否成立，若Valid2＝＝1不成立，则所述第二星敏感器的融合修正角Δ
ST2
取为[000]
T
，若Valid2＝＝1成立，则计算所述第二星敏感器的修正四元数所述第二星敏感器的修正四元数的计算表达式为：
将...

【专利技术属性】
技术研发人员：林书宇，沈怡颹，何益康，马雪阳，周泽亚，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：