專利名稱：一種適用于星敏感器的自主預(yù)報方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間技術(shù)，具體說技術(shù)-
-種適用于星敏感器的自主預(yù)報方法。
背景技術(shù)：
星敏感器是通過測量恒星的方位來計算飛行器姿態(tài)的姿態(tài)敏感器件。星敏感器在眾多姿態(tài)敏感器中具有精度高、重量輕、功耗低、無漂移和工作方式多樣等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的更新率較低，數(shù)據(jù)更星周期不穩(wěn)定，作為其他敏感器件如陀螺的修正器件使用。隨著飛行器導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展以及飛行器任務(wù)不斷變更，對星敏感器的性能要求越來越高，這主要體現(xiàn)在需要具備更高的姿態(tài)精度、更快的更新率以及更高的動態(tài)性能。星敏感器的主要的工作過程包括星像提取、星像識別、姿態(tài)計算，為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)更新率和數(shù)據(jù)可靠性，一般使星敏感器工作在星跟蹤模式下，即有足夠的已知恒星以后，對其下一個時刻在星圖的位置進(jìn)行預(yù)報和跟蹤。傳統(tǒng)預(yù)報方法是在一個周期內(nèi)星像坐標(biāo)變化不大的前提下， 對下一幀星圖中實(shí)際恒星星像位置進(jìn)行提取時通過對以上一幀星像位置為中心的星圖局部范圍掃描得到，一般只適用于飛行器小角度運(yùn)行情況。當(dāng)飛行器大角速度機(jī)動時，采用一種星敏感器大角速度星跟蹤方法，該方法采用星敏感器上一時刻和當(dāng)前時刻的姿態(tài)信息來自主預(yù)報下一時刻姿態(tài)信息，以預(yù)報的姿態(tài)推算視場內(nèi)已知恒星在下一時刻的坐標(biāo)，再以這些預(yù)報坐標(biāo)為中心范圍提取相應(yīng)的實(shí)際星像位置。當(dāng)飛行器的角速度變化緩慢或者星敏感器的輸出周期穩(wěn)定時，該方法可取得較好的效果；但當(dāng)飛行器的角速度變化劇烈或者星敏感器的輸出周期變化劇烈時，采用該方法的星跟蹤算法預(yù)報坐標(biāo)的偏差很大，從而導(dǎo)致掃描范圍過大，星像辨識時間變長，數(shù)據(jù)更新率降低，甚至出現(xiàn)預(yù)報坐標(biāo)為中心范圍不包含恒星實(shí)際星像位置的情況，這樣就不可能獲得相應(yīng)的恒星實(shí)際星像位置。為此，學(xué)者提出了
利用星敏感器和陀螺兩個傳感器的信息來預(yù)報下一時刻的飛行器姿態(tài)，利用預(yù)報的姿態(tài)信息來推算已知恒星在下一時刻的理想坐標(biāo)。當(dāng)飛行器大角加速度機(jī)動的情況下仍可保證較高的預(yù)報坐標(biāo)精度。該方法一般采用組合導(dǎo)航的方法來得到飛行器的姿態(tài)信息。對陀螺角速度輸出進(jìn)行積分，得到姿態(tài)信息，與星敏感器的姿態(tài)信息構(gòu)成卡爾曼濾波的量測信息，通過卡爾曼濾波方程得到姿態(tài)誤差和陀螺的漂移參數(shù)估計，并修正當(dāng)前時刻的姿態(tài)，如下
權(quán)利要求
1. 一種適用于星敏感器的自主預(yù)報方法，其特征在于步驟如下 步驟一根據(jù)連續(xù)兩幀T1時刻和T2時刻的姿態(tài)四元數(shù)，計算四元素偏差A(yù)q ； 步驟二 根據(jù)四元數(shù)的定義，利用四元素偏差A(yù)q計算從T1時刻的姿態(tài)到T2時刻姿態(tài)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角Φ12;步驟三結(jié)合ΔΤ = T2-T1，計算星敏感器角速度為I ω I = Φ12/ΔΤ ； 步驟四讀取系統(tǒng)當(dāng)前時間T3，根據(jù)計算的星敏感器角速度計算T2時刻的姿態(tài)到T3時刻姿態(tài)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角Φ^ = I ω I (T3-T2)；步驟五利用角Φ23、Ι\時刻和T2時刻的姿態(tài)四元數(shù)計算四元素偏差Δ q，計算T2時刻和T3時刻的姿態(tài)四元數(shù)計算四元素偏差A(yù)q'；步驟六根據(jù)T2時刻的姿態(tài)四元數(shù)q'預(yù)報T3時刻的姿態(tài)四元數(shù)q" ‘ =q' Aq'； 步驟七利用預(yù)報的當(dāng)前時刻T3姿態(tài)四元數(shù)q"‘搜索出當(dāng)前時刻1~3星敏感器視場內(nèi)所有恒星，并預(yù)報出這些恒星的星像坐標(biāo)；步驟八以預(yù)報的恒星坐標(biāo)為中心，從星圖小區(qū)域內(nèi)獲取相應(yīng)的實(shí)際星像位置； 步驟九對這些獲取的實(shí)際星像位置進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)；步驟十利用確認(rèn)后的實(shí)際星像位置計算當(dāng)前時刻T3的實(shí)際姿態(tài)，并把計算當(dāng)前時刻 T3的實(shí)際姿態(tài)發(fā)送給導(dǎo)航計算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種滿足飛行器在大角速度機(jī)動時純采用星敏感器進(jìn)行姿態(tài)測控要求的適用于星敏感器的自主預(yù)報方法。步驟包括計算四元素偏差Δq；計算從T1時刻的姿態(tài)到T2時刻姿態(tài)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角Φ12；結(jié)合ΔT＝T2-T1，計算星敏感器角速度為|ω|＝Φ12/ΔT；根據(jù)T2時刻的姿態(tài)四元數(shù)q′預(yù)報T3時刻的姿態(tài)四元數(shù)q″′＝q′Δq′；利用預(yù)報的當(dāng)前時刻T3姿態(tài)四元數(shù)q″′搜索出當(dāng)前時刻T3星敏感器視場內(nèi)所有恒星，并預(yù)報出這些恒星的星像坐標(biāo)；本發(fā)明根據(jù)星敏感器最新兩幀輸出姿態(tài)，自主預(yù)報后續(xù)任何時刻的姿態(tài)，并根據(jù)預(yù)報的姿態(tài)來預(yù)報視場內(nèi)所有恒星的預(yù)報星像坐標(biāo)；由于預(yù)報后視場內(nèi)所有恒星都為已知恒星，因此避免了獲取未知恒星的過程，從而提高了所獲取恒星信息的可靠性。
文檔編號G01C21/02GK102288175SQ20111011897
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者奚伯琦, 李清華, 李葆華, 陳希軍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)