一种自主导航系统误差校正方法技术方案

一种自主导航系统误差校正方法，基于紫外地球敏感器和星敏感器的自主导航系统中，采用紫外敏感器测量得到卫星本体系中地心矢量，采用星敏感器测量得到惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵。由于敏感器不可避免存在相对安装误差，滤波器无法消除该项系统误差，导致导航精度变差。本发明专利技术方法对紫外敏感器和星敏感器的相对安装误差进行了建模，将安装误差扩充为状态变量进行导航滤波。假定卫星一段时间内能通过GPS接收机或地面定轨获得高精度位置测量信息，则通过滤波可以对系统误差进行实时估计和校正。本发明专利技术方法操作简单，可以显著提高导航精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天器自主导航领域，涉及一种航天器导航系统误差校正方法。
技术介绍
采用成像型地球敏感器和星敏感器进行卫星自主导航是一种典型的天文导航方法，自主导航精度受敏感器测量精度、描述被测目标相关特性的模型精度、导航算法等多种因素的影响。与随机误差相比，导航敏感器的系统误差(如测量偏差、安装误差、模型误差等)对导航精度的影响要大的多。这是因为导航滤波器能抑制测量噪声，却对一些常值或有一定规律的测量误差无能为力。因此对常值测量偏差、敏感器安装误差等系统误差的在轨标定与补偿是提高卫星自主导航系统导航精度的关键技术之一。张春青、李勇等在2006年3月第27卷第2期宇航学报上发表的论文“卫星自主轨道确定的自校准滤波”中基于线性时变系统的可观测性理论证明了系统偏差为未知常值时，自主导航系统的状态和常值偏差都是可观的，进一步将系统偏差作为状态变量，通过自校准滤波器来校正系统偏差，但是其中并未涉及如何对敏感器的安装误差进行校正。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提出了，可以解决敏感器安装误差引起的导航误差过大的问题，通过在线估计安装偏差提高系统的导航精度。本专利技术的技术解决方案是自主导航系统误差校正方法，步骤如下(1)基于紫外地球敏感器和星敏感器的自主导航系统中，紫外地球敏感器对地球进行观测，得到卫星本体系下的地心矢量值P ；星敏感器对恒星观测，通过星图识别，得到惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵Cf'；其中惯性系原点在地球中心，X轴正方向沿地球赤道面和黄道面的交线指向春分点，Z轴为赤道平面的法线，正方向指向北极方向，Y轴与 X、Z轴成右手系；卫星本体系的原点在卫星质心，对于对地定向三轴稳定卫星Z轴指向地心，X轴与Z轴垂直并指向卫星速度方向，Y轴与X、Z轴成右手系；(2)设地球敏感器和星敏感器的安装误差角为φ = [φχ Φ, Φζ]，则惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵测量值Cf1为本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种自主导航系统误差校正方法，其特征在于步骤如下：（１）基于紫外地球敏感器和星敏感器的自主导航系统中，紫外地球敏感器对地球进行观测，得到卫星本体系下的地心矢量值星敏感器对恒星观测，通过星图识别，得到惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵其中惯性系原点在地球中心，Ｘ轴正方向沿地球赤道面和黄道面的交线指向春分点，Ｚ轴为赤道平面的法线，正方向指向北极方向，Ｙ轴与Ｘ、Ｚ轴成右手系；卫星本体系的原点在卫星质心，对于对地定向三轴稳定卫星Ｚ轴指向地心，Ｘ轴与Ｚ轴垂直并指向卫星速度方向，Ｙ轴与Ｘ、Ｚ轴成右手系；（２）设地球敏感器和星敏感器的安装误差角为Φ＝［φｘ　φｙ　φｚ］，则惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵测量值为（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｃ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｏ）｛（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（ｍｏ）＆ｔｉｍｅｓ；（／ｍｏ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆Ｐｈｉ；（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｔｉｍｅｓ；（／ｍｏ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）｝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｃ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式中为惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵理论值，［Φ×］为向量Φ构成的反对称矩阵，（３）根据步骤（１）和步骤（２）的结果，得到惯性系下地心方向矢量的测量方程为（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）ｕ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＾（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｃ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｔ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）ｕ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＾（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｃ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｔ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）｛（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（ｍｏ）＆ｔｉｍｅｓ；（／ｍｏ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆Ｐｈｉ；（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｔｉｍｅｓ；（／ｍｏ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）｝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）ｕ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＾（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）（４）通过ＧＰＳ接收机或地面定轨获得高精度位置测量信息，将三个安装误差角与卫星位置矢量、卫星速度矢量一起作为状态变量，进行导航滤波解算，对安装误差进行实时估计和校正。...

【技术特征摘要】
1. 一种自主导航系统误差校正方法，其特征在于步骤如下(1)基于紫外地球敏感器和星敏感器的自主导航系统中，紫外地球敏感器对地球进行观测，得到卫星本体系下的地心矢量值P ；星敏感器对恒星观测，通过星图识别，得到惯性系到卫星本体系的姿态转换矩阵C/ ；其中惯性系原点在地球中心，X轴正方向沿地球赤道面和黄道面的交线指向...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏春岭，张斌，黄翔宇，王大轶，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：11