專利名稱：小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種姿態(tài)確定系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種 針對(duì)小衛(wèi)星平臺(tái)的低成本、低功耗、高可靠性的姿態(tài)確定系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
小衛(wèi)星廣泛應(yīng)用于通訊、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境與資源等眾多領(lǐng)域，成為衛(wèi)星技術(shù) 的重要發(fā)展方向，受到世界各國(guó)的關(guān)注。衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)控制系統(tǒng)是衛(wèi)星正常運(yùn) 行并完成飛行任務(wù)的重要保障系統(tǒng)之一，而衛(wèi)星姿態(tài)的確定是實(shí)施姿態(tài)控制的基 礎(chǔ)，因此，針對(duì)小衛(wèi)星成本低，質(zhì)量輕，技術(shù)含量高等特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)低成本高 可靠性的姿態(tài)確定系統(tǒng)具有十分重要的意義。
目前衛(wèi)星上采用的姿態(tài)測(cè)量部件主要有陀螺，星敏感器，紅外地平儀，太陽(yáng) 敏感器和磁強(qiáng)計(jì)等。其中，陀螺為慣性測(cè)量部件，測(cè)量衛(wèi)星的角速度，但可靠性
較低，壽命較短；星敏感器直接測(cè)量衛(wèi)星姿態(tài)，精度較高，但價(jià)格較高；紅外地 平儀有掃描式和靜態(tài)式兩種，通過(guò)敏感地球邊界獲得衛(wèi)星的滾動(dòng)角和俯仰角，掃 描式精度較高，但價(jià)格較高且存在轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而靜態(tài)式無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可靠性較高； 太陽(yáng)敏感器用于測(cè)量太陽(yáng)矢量，有數(shù)字式和模擬式兩種，模擬式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本 較低；磁強(qiáng)計(jì)用于測(cè)量地磁矢量，成本低，可靠性高。
目前衛(wèi)星上采用的定姿算法主要有確定性定姿算法和狀態(tài)估計(jì)法。確定性算 法主要指直接測(cè)量(如星敏感器和紅外地平儀)和雙(或多)矢量定姿算法(如 TRIAD算法，QUEST算法)，確定性算法計(jì)算簡(jiǎn)單但精度較低；狀態(tài)估計(jì)法主要指 最小二乘法和Kalman濾波算法，Kalman濾波一般是利用陀螺和其它姿態(tài)測(cè)量部 件組合，進(jìn)行高精度姿態(tài)確定，在高精度大衛(wèi)星平臺(tái)中應(yīng)用較多，國(guó)外有采用僅 利用磁強(qiáng)計(jì)或與太陽(yáng)敏感器組合的Kalman濾波定姿算法，算法較為復(fù)雜。Kalman 濾波算法計(jì)算量大，星上一般采用固定增益形式，通過(guò)地面上注方式進(jìn)行增益調(diào) 整，實(shí)時(shí)性差，存在發(fā)散的風(fēng)險(xiǎn)。
衛(wèi)星的小型化、低成本化，迫切要求形成一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)但又具有較高精度和可靠性的姿態(tài)確定系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種針對(duì)小衛(wèi)星平臺(tái)的低成本、低功耗、 高可靠性的姿態(tài)確定系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明還提供上述姿態(tài)確定系統(tǒng)的姿態(tài)確定方法。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下4支術(shù)方案 一種小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其包括
若干姿態(tài)測(cè)量部件，用以對(duì)反映衛(wèi)星姿態(tài)的信息進(jìn)行測(cè)量；姿態(tài)測(cè)量部件包 括紅外地平儀、太陽(yáng)敏感器、磁強(qiáng)計(jì)；
中央處理器，用以釆集上述姿態(tài)測(cè)量部件測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算環(huán)境模型，并根據(jù) 測(cè)量數(shù)據(jù)和環(huán)境模型選4奪相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定；其包括
地平儀數(shù)據(jù)采樣及處理單元，用以根據(jù)所述紅外地平儀測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷紅外 地平儀的狀態(tài)；
太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)采樣及處理單元，用以根據(jù)所述太陽(yáng)敏感器測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷 太陽(yáng)敏感器的狀態(tài)及衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的太陽(yáng)矢量；
磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元，用以根據(jù)所述磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷磁強(qiáng)計(jì)的 狀態(tài)及衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的地磁矢量；
環(huán)境模型計(jì)算單元，用以獲取軌道坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量、地磁矢量； 定姿選擇單元，用以根據(jù)所述地平儀數(shù)據(jù)采樣及處理單元、太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)
采樣及處理單元、磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元、及環(huán)境模型的數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的 定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，當(dāng)衛(wèi)星不在穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)，定姿選擇單元控 制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇非穩(wěn)態(tài)定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇定偏航角地 平儀定姿算法、不定偏航角地平儀定姿算法、雙矢量定姿算法、單磁強(qiáng)計(jì)定姿算 法中的一種；
當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)，定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇穩(wěn)態(tài) EKF定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法、紅外地平儀/磁Kalman濾波算法、太陽(yáng)/磁Kalman濾波算法、單石茲Kalman濾波算 法中的一種。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述定姿選擇單元控制姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇非穩(wěn) 態(tài)定姿算法包括
當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇定 偏航角地平儀定姿算法；
當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇不 定偏航角地平儀定姿算法；
當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)壽文感器正常時(shí)，選擇雙矢量 定姿算法；
當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)壽文感器故障時(shí)，選擇單》茲強(qiáng) 計(jì)定姿算法。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇 穩(wěn)態(tài)EKF定姿算法包括
當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇紅 外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法；
當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇紅 外地平儀A磁Kalman濾波算法；
當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇太陽(yáng)/ 磁Kalman濾波算法；
當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇單磁 Kalman濾波算法。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述紅外地平儀為靜態(tài)紅外地平儀，太陽(yáng)敏感
器為模擬式太陽(yáng)敏感器，磁強(qiáng)計(jì)為三軸磁強(qiáng)計(jì)。
上述姿態(tài)確定系統(tǒng)的姿態(tài)確定方法，該方法包括如下步驟 紅外地平儀、太陽(yáng)敏感器、磁強(qiáng)計(jì)對(duì)反映衛(wèi)星姿態(tài)的信息進(jìn)行測(cè)量； 中央處理器采集上述姿態(tài)測(cè)量部件的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算環(huán)境才莫型，并4艮據(jù)測(cè)量
數(shù)據(jù)和環(huán)境;f莫型選4奪相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定；當(dāng)衛(wèi)星不在穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)，定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇非穩(wěn) 態(tài)定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇定偏航角地平儀定姿算法、不定偏航角地
平儀定姿算法、雙矢量定姿算法、單磁強(qiáng)計(jì)定姿算法中的一種；
當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)，定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇穩(wěn)態(tài) EKF定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法、紅 外地平儀/磁Kalman濾波算法、太陽(yáng)/磁Kalman濾波算法、單i茲Kalman濾波算 法中的一種。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述定姿選擇單元控制姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇非穩(wěn) 態(tài)定姿算法的過(guò)程包括
當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇定 偏航角地平儀定姿算法；
當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇不 定偏航角地平儀定姿算法；
當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇雙矢量 定姿算法；
當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇單磁強(qiáng) 計(jì)定姿算法。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，定偏^^角/不定偏;阮角地平^f義定姿算法包括如 下步驟紅外地平儀數(shù)據(jù)直接解算出衛(wèi)星的滾動(dòng)角和俯仰角；根據(jù)太陽(yáng)敏感器工 作狀態(tài)，地平儀定姿算法分為兩種情形；
若太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)有效，利用紅外地平儀確定的滾動(dòng)角^和俯仰角e,根 據(jù)姿態(tài)矩陣反推衛(wèi)星的偏航角^:
^ = arctan 2[(&1. S炒-".& ), (H. & + A:2. &)];
其中，kl = cos(e).Sbx+sin(^).Sbz;
k2 = sin(6>). sinO). Sbx + cos(p). Sby -cos(<9). sinO) Sbz;
、"^，^，SjT ， S。 —^,&,^f分別為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系和軌道坐標(biāo)系中
的太陽(yáng)矢量；
10若太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)無(wú)效，取^ =();
雙矢量定姿算法包括如下步驟利用衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的地磁矢量B6和太 陽(yáng)矢量S,,對(duì)照軌道坐標(biāo)系中的地磁矢量B。和太陽(yáng)矢量S。，采用簡(jiǎn)化后的QUEST 雙矢量定姿算法，確定衛(wèi)星的三軸姿態(tài)；
單磁強(qiáng)計(jì)定姿算法包括如下步驟當(dāng)僅三軸磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)有效時(shí)，利用衛(wèi)星本 體坐標(biāo)系中的地》茲矢量Br對(duì)照軌道坐標(biāo)系中的地^茲矢量B。，近似計(jì)算衛(wèi)星的 俯仰角P: ^arctan2[(萬(wàn)。^廣AAJ，(^^+AAJ]。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述定姿選才奪單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇 穩(wěn)態(tài)EKF定姿算法的過(guò)程包括
當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇紅 外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法；
當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇紅 外地平儀/磁Kalman濾波算法；
當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇太陽(yáng)/ 磁Kalman濾波算法；
當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇單磁 Kalman濾波算法。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法、紅外 地平儀/磁Kalman濾波算法、太陽(yáng)/磁Kalman濾波算法、單磁Kalman濾波算法 包括如下步驟姿態(tài)預(yù)估計(jì)步驟，狀態(tài)方程建立步驟，觀測(cè)量計(jì)算及觀測(cè)方程建 立步驟，Kalman濾波迭代計(jì)算步驟，姿態(tài)校正步驟。
本發(fā)明的有益效果在于
(1)測(cè)量部件中不含慣性部件，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性 高，符合小衛(wèi)星低成本、高可靠性的特點(diǎn)；
(3)定姿算法多樣，設(shè)計(jì)了四種確定性定姿算法和四種Kalman濾波算法， 各算法之間能進(jìn)行有效融合，星上自主切換，提高了系統(tǒng)的可靠性；
(4 )將四種完整的Kalman濾波定姿算法引入定姿系統(tǒng)，沒(méi)有按傳統(tǒng)形式采用固定增益的簡(jiǎn)化濾波算法，具有較高定姿精度；同時(shí)通過(guò)兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，減少
了濾波算法的計(jì)算量。兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)為A、將四種Kalman濾波定姿算法設(shè)計(jì)成 統(tǒng)一的形式，星上根據(jù)測(cè)量部件的狀態(tài)自主進(jìn)行重構(gòu)；B、根據(jù)^磁控衛(wèi)星間歇控 制的特點(diǎn)，將整個(gè)Kalman濾波定姿算法分解為兩個(gè)部分，分時(shí)進(jìn)行計(jì)算。
本發(fā)明提供的姿態(tài)確定系統(tǒng)已成功應(yīng)用于小型號(hào)衛(wèi)星，運(yùn)行情況優(yōu)異，滿足 中等精度小衛(wèi)星平臺(tái)的需要，為小衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了重要參 考。


圖1為本發(fā)明姿態(tài)確定系統(tǒng)的組成示意圖。 圖2為本發(fā)明姿態(tài)確定方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
請(qǐng)參閱圖l，本發(fā)明揭示了一種小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其包括若干姿態(tài)測(cè) 量部件IO、中央處理器20。
姿態(tài)測(cè)量部件10用以對(duì)反映衛(wèi)星姿態(tài)的信息進(jìn)行測(cè)量；本實(shí)施例中，姿態(tài) 測(cè)量部件包括紅靜態(tài)紅外地平儀11、模擬式太陽(yáng)敏感器12、三軸》茲強(qiáng)計(jì)13。中 央處理器20用以采集上述姿態(tài)測(cè)量部件的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算環(huán)境4莫型，并才艮據(jù)測(cè) 量數(shù)據(jù)和環(huán)境模型選擇相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定。本實(shí)施例中，中央處理器 20作為一星載計(jì)算機(jī)的一部分，該星載計(jì)算機(jī)還包括姿態(tài)控制系統(tǒng)40。
以下分別只于系統(tǒng)各組成詳細(xì)介紹。姿態(tài)測(cè)量部件
本發(fā)明從小衛(wèi)星低成本，低功耗、高可靠性的角度出發(fā)選擇姿態(tài)測(cè)量部件。 1)靜態(tài)紅外地平4義
靜態(tài)紅外地平儀通過(guò)測(cè)量地球與太空的邊界，可直接確定衛(wèi)星的滾動(dòng)角和俯 仰角。主要指標(biāo)測(cè)量角范圍 ±10° 質(zhì)量 1. 3kg
功耗 0. 9W
2) 模擬式太陽(yáng)敏感器
模擬式太陽(yáng)敏感器安裝在衛(wèi)星的對(duì)太陽(yáng)面上，通過(guò)測(cè)量敏感器平面與太陽(yáng)矢 量之間的夾角，得到太陽(yáng)矢量在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的表示。主要指標(biāo) 角度分辨率優(yōu)于O. 3° 測(cè)量精度 1° 質(zhì)量 0.2kg 功耗 0. 3W
3) 三軸石茲強(qiáng)計(jì)
三軸磁強(qiáng)計(jì)用于測(cè)量衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下三軸^茲場(chǎng)矢量強(qiáng)度，不存在一見(jiàn)場(chǎng)問(wèn) 題，是本發(fā)明系統(tǒng)中最可靠的測(cè)量部件，對(duì)其進(jìn)行熱備份，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠 性。主要指標(biāo)
量程(X、 Y、 Z軸) -50000nT~+50000nT
分辨率 2 nT
測(cè)量精度 ± 4nT+0. 05%測(cè)量值
質(zhì)量(兩探頭+線路盒)1.2kg
功耗(兩探頭+線路盒)1. 0W
本發(fā)明采用的三種測(cè)量部件均為低成本姿態(tài)測(cè)量部件，總質(zhì)量?jī)H為2. 7kg, 功耗僅為2. 2W,符合小衛(wèi)星的特點(diǎn)。對(duì)各測(cè)量部件的數(shù)據(jù)均采用多次釆樣進(jìn)行 平均的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)釆集，以提高測(cè)量精度。中央處理器
中央處理器20包括地平儀數(shù)據(jù)采樣及處理單元21、太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)采樣及 處理單元22、磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元23、環(huán)境模型計(jì)算單元24、定姿選擇 單元25。
地平儀數(shù)據(jù)釆樣及處理單元21用以根據(jù)所述紅外地平儀測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷紅 外地平儀的狀態(tài)并獲取紅外地平儀的四路信號(hào)值。
13太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)采樣及處理單元22用以根據(jù)所述太陽(yáng)敏感器測(cè)量的數(shù)據(jù)判 斷太陽(yáng)敏感器的狀態(tài)并獲取衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的太陽(yáng)矢量Sb。
磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元23用以根據(jù)所述磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷磁強(qiáng)計(jì) 的狀態(tài)并獲取衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的地磁矢量Bb。
環(huán)境模型計(jì)算單元24用以獲取軌道坐標(biāo)系下太陽(yáng)矢量So、地磁矢量Bo。
定姿選捧單元25，用以根據(jù)所述地平儀數(shù)據(jù)采樣及處理單元、太陽(yáng)敏感器 數(shù)據(jù)采樣及處理單元、；茲強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元、及環(huán)境才莫型計(jì)算單元的數(shù)據(jù)， 選擇相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定。
本發(fā)明采用的定姿算法包括地平儀定姿(包含定偏航角和不定偏航角兩 種)，雙矢量定姿和單磁強(qiáng)計(jì)定姿，紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波定姿，紅外地 平儀/磁Kalman濾波定姿，雙矢量Kalman濾波定姿和單石茲Kalman濾波定姿。中 央處理器根據(jù)姿控系統(tǒng)的工作模式和測(cè)量部件的工作狀態(tài)自主在各定姿算法間 進(jìn)4亍切:換或重構(gòu)。
各定姿算法重構(gòu)圖如圖2所示。當(dāng)衛(wèi)星不在穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)(條件 ),定 姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇非穩(wěn)態(tài)定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選 擇定偏航角地平儀定姿算法、不定偏航角地平儀定姿算法、雙矢量定姿算法、單 磁強(qiáng)計(jì)定姿算法中的一種。
當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)(條件⑤)，定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系 統(tǒng)選擇穩(wěn)態(tài)EKF定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman 濾波算法、紅外地平儀/磁Kalman濾波算法、太陽(yáng)/磁Kalman濾波算法、單石茲 Kalman濾波算法中的一種。
所述定姿選擇單元控制姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇非穩(wěn)態(tài)定姿算法的過(guò)程包括當(dāng)?shù)?平儀有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)(條件②條件④)， 選擇定偏航角地平儀定姿算法；當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或 太陽(yáng)敏感器故障時(shí)(條件②條件③)，選擇不定偏航角地平儀定姿算法；當(dāng)?shù)仄?儀失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)(條件①條件④)，選擇 雙矢量定姿算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí) (條件①條件③)，選擇單磁強(qiáng)計(jì)定姿算法。所述定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇穩(wěn)態(tài)EKF定姿算法的過(guò)程包 括當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)(條件② 條件④)，選擇紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常， 且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)(條件②條件③)，選擇紅外地平儀/磁 Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常 時(shí)(條件①條件④)，選擇太陽(yáng)/磁Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且 衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)(條件①條件③)，選擇單磁Kalman濾波算 法。
定姿選擇單元25根據(jù)實(shí)際情況依照上述定姿確定方法選擇相應(yīng)定姿算法， 以下具體介紹各定姿算法。
一、 地平儀定姿算法
紅外地平儀數(shù)據(jù)可直接解算出衛(wèi)星的滾動(dòng)角和俯仰角。才艮據(jù)太陽(yáng)敏感器工作 狀態(tài)，地平儀定姿算法分為兩種情形。若太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)有效，利用紅外地平儀 確定的滾動(dòng)角^和俯仰角0,根據(jù)姿態(tài)矩陣反推衛(wèi)星的偏航角
^ = arctan 2pi. & - A:2. S」,(W & + A:2. &》] (1)
式中，kl = cos(^).Sbx+sin(e)'Sbz;
k2 = sin(61) sin⑨.+ cos(p). Sby -cos(<9). sin(p) Sbz;
SA = (&,&,&;)t ， S。 = (SOT,S。y，S。z)t分別為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系和軌道坐標(biāo)系中的 太陽(yáng)矢量。
若太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)無(wú)效，不定衛(wèi)星的偏航角，取^ = 0。
二、 雙矢量定姿算法
雙矢量定姿算法利用衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的地磁矢量B》和太陽(yáng)矢量、，對(duì)照 軌道坐標(biāo)系中的地^磁矢量B。和太陽(yáng)矢量S。，采用簡(jiǎn)化后的QUEST雙矢量定姿算 法，確定衛(wèi)星的三軸姿態(tài)。三、 單磁強(qiáng)計(jì)定姿算法
當(dāng)僅三軸磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)有效時(shí)，利用衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的地石茲矢量B^對(duì)照
軌道坐標(biāo)系中的地J茲矢量B。，近似計(jì)算衛(wèi)星的俯仰角P:
6 = arctan2+ (2)
四、 擴(kuò)展Kalman濾波定姿算法
擴(kuò)展Kalman濾波定姿算法為本發(fā)明系統(tǒng)的核心部分。
四種Kalman濾波算法結(jié)構(gòu)一致，可細(xì)分為姿態(tài)預(yù)估計(jì)，狀態(tài)方程建立，？見(jiàn) 測(cè)量計(jì)算及觀測(cè)方程建立，Kalman濾波迭代計(jì)算，姿態(tài)校正五個(gè)部分。具體描 述如下
①姿態(tài)預(yù)估計(jì)
根據(jù)衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)衛(wèi)星角速度
=+I_1 x (IgVw + h)] AT (3)
式中'<^=^W/>^m，^W"]T為第k時(shí)刻角速度濾波值，初始值
<。/Q=[o,,,o]T; I為衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣，h為衛(wèi)星的偏置角動(dòng)量，AT為計(jì)算周期。
根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)學(xué)模型估計(jì)衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)
<*"=&,-叫[-械拳 -1蘇乖] (4)
4一i" = +會(huì)0(66。,"4)46一厶71 (5)
式中，Im4么。，,么。2,m，^呻,^級(jí)]t為第k時(shí)刻姿態(tài)四元數(shù)濾波值，初始
值l。,。[o,o,o,i]t，叫為衛(wèi)星軌道角速度；^。，w,[Aw6—錄,LwJ為第k時(shí)刻衛(wèi)星相對(duì)軌道系的角速度。Q^^,。表示構(gòu)建矩陣:
為觀測(cè)量計(jì)算做準(zhǔn)備，對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)矩陣進(jìn)行預(yù)估計(jì):
0 z— "to
一 0
0
_1— 一氣0
A =
1
。3,4+1" 1
—械
械 —2々A
一2么
械
1
(6)
②狀態(tài)方程建立
分別定義衛(wèi)星角速度 和姿態(tài)四元數(shù)q6。的真實(shí)值與估計(jì)值< ,t的誤差 ^w = , ， 丫和^b。=[ *。i， *。2, 6。3,&a。4 ]T ,滿足
qto =仏。
4。 ， a, = < + △ 取^6,和的矢量部分作為濾波狀態(tài)量X:
x = [^yte ~ &。i <%02 。3]T
連續(xù)濾波狀態(tài)方程為
(7)
式中，F(xiàn)(f)=
F1(3x3) 03x3
0.5I3x3 03x3.
,Fu-I"[[(I +h)x]-K,x]I]
13;<3為3維單位矩陣￡
將連續(xù)模型離散化:
(8)
17式中，=i6x6十F(o厶r, I6x6為6維單位矩陣'
③觀測(cè)量計(jì)算及觀測(cè)方程建立
Ka 1 man濾波;見(jiàn)測(cè)方禾呈離散形式為:
(9)
四種Kalman濾波算法，濾波觀測(cè)量Y^，觀測(cè)矩陣H^和噪聲V4+1的取值各 不相同，通過(guò)適當(dāng)處理將其設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的形式，具體如下 >地平4義+太陽(yáng)EKF
濾波M/測(cè)量Y^: Y-[^S;, ^ ^ 0]T
式中，M6z]T=[(AS。)x]S6; cV = P-2^0l, 鄰^-2&o2,
p和^為紅外地平儀確定的滾動(dòng)角和俯仰角。
濾波5見(jiàn)測(cè)矩陣H
H =
03x3 H12 03x3 H22
式中，Hl2 =
0 -2(《《) 0
0 0 -2(《+&2
H22 =
2 0 0 0 2 0 0 0 0
測(cè)量噪聲vt+1的方差陣R取為:
R =
of00000
0cr，0000
00<T，000
00000
0000《0
00000式中，c7、， 分別為太陽(yáng)敏感器和紅外地平儀的測(cè)量誤差方差,
>地平儀+磁EKF
濾波觀測(cè)量Y^: :^ = [55^ 5 w淤0]T
式中，SBA=[Mfa 3& "aK(AB。)x]BJ
濾波觀測(cè)矩陣H^: H =
03x3 H12 。3x3 H22.
式中，Hl2 =
:) o
0 -2(^ +《z)
0 0
測(cè)量噪聲Vfr+1的方差陣R取為:
R =
00000
0《0000
00《000
00000
0000 20
00000
H22 =
2 0 0 0 2 0 0 0 0
式中，^為》茲強(qiáng)計(jì)測(cè)量誤差方差。
>雙矢量EKF
濾波觀測(cè)量Y^: 3^ = [5& 叫2叫，然~《S6z]T
式中，鄧,[5圪5& 5&]t-[(AB。)x]B^
然6=[& MAr Mfe]T=[(AS0)x]S6。
濾波觀測(cè)矩陣H^: H =
03x3 H12 。3x3 H22.
19<formula>formula see original document page 20</formula>R =
200000
0《0000
00000
00000
0000of0
00000《
④Kalman濾波迭代計(jì)算
聯(lián)立Kalman濾波狀態(tài)方程和觀測(cè)方程:
ao)
按下述簡(jiǎn)化的Kalman濾波迭代公式進(jìn)行迭代計(jì)算:
P
(ii)
式中，P^為濾波誤差方差陣，Q為系統(tǒng)誤差方差陣'
⑤姿態(tài)4交正
利用濾波值X^^對(duì)預(yù)估計(jì)值6w ， 4w進(jìn)行校正得到最終的姿態(tài): 角速度校正
姿態(tài)四元lt一交正
21+乜
4/jo，A:+l/fc+l = ^o，A:+lM+l/|4/)o，A:+l/;fe+l|
姿態(tài)四元凄史q轉(zhuǎn)化為姿態(tài)角p,A^ :
p = arcsin[2(q2gi3 +9,^4)] ^ =國(guó)arctan2
(13)
(14)
2 (qi恥-q2恥),(-q -q孟+ q32+q"一
通過(guò)對(duì)濾波觀測(cè)量的處理，四種Kalm an濾波算法可采用一套算法實(shí)現(xiàn)。
Kalman濾波遞推計(jì)算耗時(shí)很長(zhǎng)，尤其是式(ll)涉及六維矩陣間的四則運(yùn)算， 在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，采取將六維矩陣拆成三維矩陣，將常數(shù)陣轉(zhuǎn)化為矢量等方式 進(jìn)行計(jì)算，有效的減少了計(jì)算量。式(11)中的第三式濾波誤差方差陣&皿+1的計(jì) 算是為了下一拍濾波計(jì)算做準(zhǔn)備，不參與該步定姿。而主動(dòng)磁控衛(wèi)星采取一拍控， 一拍不控的方式對(duì)衛(wèi)星施加控制力矩，即在不控的一拍是不需要姿態(tài)信息的，所 以將式(11)中的第三式從Kalman算法中分離至不控的那一拍進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié) 果設(shè)置為全局變量，作為完整Klaman濾波算法的輸入量，從而進(jìn)一步減少了 Kalman濾波定姿算法的計(jì)算量。
這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí) 施例中。這里所^C露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通才支 術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是/>知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚 的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié) 構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和 精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
2權(quán)利要求
1、一種小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于，其包括若干姿態(tài)測(cè)量部件，用以對(duì)反映衛(wèi)星姿態(tài)的信息進(jìn)行測(cè)量；姿態(tài)測(cè)量部件包括紅外地平儀、太陽(yáng)敏感器、磁強(qiáng)計(jì)；中央處理器，用以采集上述姿態(tài)測(cè)量部件的測(cè)量數(shù)據(jù)，并計(jì)算環(huán)境模型，然后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及環(huán)境模型選擇相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定；其包括地平儀數(shù)據(jù)采樣及處理單元，用以根據(jù)所述紅外地平儀測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷紅外地平儀的狀態(tài)并獲取處理后的紅外地平儀測(cè)量數(shù)據(jù)；太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)采樣及處理單元，用以根據(jù)所述太陽(yáng)敏感器測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷太陽(yáng)敏感器的狀態(tài)并獲取衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的太陽(yáng)矢量；磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元，用以根據(jù)所述磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷磁強(qiáng)計(jì)的狀態(tài)并獲取衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的地磁矢量；環(huán)境模型計(jì)算單元，用以獲取軌道坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量、地磁矢量；定姿選擇單元，用以根據(jù)所述地平儀數(shù)據(jù)采樣及處理單元、太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)采樣及處理單元、磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元、環(huán)境模型計(jì)算單元，選擇相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)衛(wèi)星不在穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)，定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇 非穩(wěn)態(tài)定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇定偏航角地平儀定姿算法、不定 偏航角地平儀定姿算法、雙矢量定姿算法、單磁強(qiáng)計(jì)定姿算法中的一種；當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)，定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇 穩(wěn)態(tài)EKF定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波 算法、紅外地平儀/磁Kalman濾波算法、太陽(yáng)/磁Kalman濾波算法、單磁 Kalman濾波算法中的一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于所述定姿選擇單元控制姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇非穩(wěn)態(tài)定姿算法包括 當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇定偏航角地平儀定姿算法；當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇不定偏航角地平儀定姿算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇雙 矢量定姿算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇單 磁強(qiáng)計(jì)定姿算法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于所述定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇穩(wěn)態(tài)EKF定姿算法包括當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選 擇紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選 擇紅外地平儀/磁Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇太 陽(yáng)/磁Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇單 磁Ka 1腿n濾波算法。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特征在于所述紅外地平儀為靜態(tài)紅外地平儀，太陽(yáng)敏感器為模擬式太陽(yáng)敏感器， -茲強(qiáng)計(jì)為三軸》茲強(qiáng)計(jì)。
6、 一種權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述姿態(tài)確定系統(tǒng)的姿態(tài)確定方法，其特征在 于，該方法包括如下步驟紅外地平儀、太陽(yáng)敏感器、磁強(qiáng)計(jì)對(duì)反映衛(wèi)星姿態(tài)的信息進(jìn)行測(cè)量； 中央處理器采集上述姿態(tài)測(cè)量部件的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算環(huán)境模型，并根據(jù) 測(cè)量數(shù)據(jù)和環(huán)境模型選擇相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定；當(dāng)衛(wèi)星不在穩(wěn)態(tài)控制模式時(shí)，定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇 非穩(wěn)態(tài)定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇定偏航角地平儀定姿算法、不定偏航角地平儀定姿算法、雙矢量定姿算法、單磁強(qiáng)計(jì)定姿算法中的一種；當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作模式時(shí)，定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇 穩(wěn)態(tài)EKF定姿算法，通過(guò)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波 算法、紅外地平儀A茲Kalman濾波算法、太陽(yáng)/,茲Kalman濾波算法、單i茲 Ka 1 man濾波算法中的 一種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的姿態(tài)確定方法，其特征在于所述定姿選擇單元控制姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇非穩(wěn)態(tài)定姿算法的過(guò)程包括當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選 擇定偏航角地平儀定姿算法；當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選 擇不定偏航角地平儀定姿算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇雙 矢量定姿算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇單 磁強(qiáng)計(jì)定姿算法。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的姿態(tài)確定方法，其特征在于定偏航角/不定偏航角地平儀定姿算法包括如下步驟紅外地平儀數(shù)據(jù)直 接解算出衛(wèi)星的滾動(dòng)角和俯仰角；根據(jù)太陽(yáng)敏感器工作狀態(tài)，地平儀定姿算 法分為兩種情形；若太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)有效，利用紅外地平儀確定的滾動(dòng)角P和俯仰角 根 據(jù)姿態(tài)矩陣反推衛(wèi)星的偏航角^ = arctan 2[(W & - A:2. &), (A:l. & + 。. &)];其中，kl = cos(^).Sbx+sin(^).Sbz;<formula>formula see original document page 0</formula>S6 )t ， S。 "&，&,S。,)t分別為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系和軌道坐標(biāo)系中的太陽(yáng)矢量；若太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)無(wú)效，取^/ = 0;雙矢量定姿算法包括如下步驟利用衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的地^磁矢量B6和太陽(yáng)矢量&，對(duì)照軌道坐標(biāo)系中的地磁矢量B。和太陽(yáng)矢量S。，采用簡(jiǎn)化后的QUEST雙矢量定姿算法，確定衛(wèi)星的三軸姿態(tài)；單磁強(qiáng)計(jì)定姿算法包括如下步驟當(dāng)僅三軸磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)有效時(shí)，利用衛(wèi) 星本體坐標(biāo)系中的地/磁矢量B6 ，對(duì)照軌道坐標(biāo)系中的地J茲矢量B。，近似計(jì)算 衛(wèi)星的俯仰角^ ^arctan2[(5。^廣S。,J，(^^
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的姿態(tài)確定方法，其特征在于所述定姿選擇單元控制所述姿態(tài)確定系統(tǒng)選擇穩(wěn)態(tài)EKF定姿算法的過(guò)程 包括當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選 擇紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x有效、數(shù)據(jù)正常，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選 擇紅外地平儀A茲Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陽(yáng)照區(qū)、太陽(yáng)敏感器正常時(shí)，選擇太 陽(yáng)A茲Kalman濾波算法；當(dāng)?shù)仄絻x失效或故障，且衛(wèi)星位于陰影區(qū)或太陽(yáng)敏感器故障時(shí)，選擇單 i茲Kalman濾波算法。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的姿態(tài)確定方法，其特征在于所述紅外地平儀/太陽(yáng)Kalman濾波算法、紅外地平4義Af茲Kalman濾波算 法、太陽(yáng)/磁Kalman濾波算法、單磁Kalman濾波算法包括如下步驟姿態(tài)預(yù)估計(jì)步驟，狀態(tài)方程建立步驟，觀測(cè)量計(jì)算及觀測(cè)方程建立步驟，Kalman濾波迭代計(jì)算步驟，姿態(tài)校正步驟。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括若干姿態(tài)測(cè)量部件、中央處理器；中央處理器用以采集上述姿態(tài)測(cè)量部件的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算環(huán)境模型，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和環(huán)境模型選擇相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定；其包括地平儀數(shù)據(jù)采樣及處理單元、太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)采樣及處理單元、磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元、環(huán)境模型計(jì)算單元、定姿選擇單元。定姿選擇單元根據(jù)所述地平儀數(shù)據(jù)采樣及處理單元、太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)采樣及處理單元、磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣及處理單元、及環(huán)境模型計(jì)算單元的數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的定姿算法進(jìn)行姿態(tài)確定。本發(fā)明成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；同時(shí)定姿算法多樣，設(shè)計(jì)了四種確定性定姿算法和四種Kalman濾波算法，各算法之間能進(jìn)行有效融合，星上自主切換，提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)G01C21/00GK101556155SQ20091005161
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者松 萬(wàn), 劉善伍, 劉國(guó)華, 吳子軼, 霖 左, 銳 張, 靜 張, 謝祥華, 黃志偉 申請(qǐng)人:上海微小衛(wèi)星工程中心