专利名称：一种星敏感器在轨测量误差的确定方法
技术领域：
本发明涉及一种星敏感器的测量误差分析方法，适用于卫星在轨运行期间以及整星地面测试阶段星敏感器测量误差的确定，特别是在目标姿态不可准确预知情况下的误差确定。
背景技术：
星敏感器是目前卫星上使用的精度最高的姿态测量敏感器，它通过测量某些恒星的观测矢量在卫星坐标系中的方位以及恒星亮度，再利用星历表得到这些恒星在惯性坐标系中的方位，经姿态确定算法计算即可提供卫星在惯性系中的姿态信息，精度可以达到几角秒级。星敏感器的测量误差会直接影响卫星姿态测量的精度，对星敏感器在轨测量误差的分析也有助于地面任务处理时的误差源分解与消除，提升任务执行效果。通常在计算姿态测量误差时需要有一个参考姿态，或称之为真实姿态，利用测量 姿态与参考姿态的统计比较得到测量误差。中科院国家天文台孙才洪博士在2002年6月I日发表的博士学位论文《轻小型星敏感器研制方法和研制技术》中在评估星敏感器的测量精度时，将星敏感器直接放于地面并将光轴指向天顶，那么星敏感器的参考姿态变化量就为地球的自转角度，然后就可以对测量误差进行统计分析。但是，在卫星入轨后，通常难于建立此真实的参考姿态，故不能与参考姿态相比较。目前对星敏感器在轨测量误差的计算采用的方法是统计星敏感器输出姿态四元数的变化量，或将星敏感器光轴在惯性空间的表示量——赤经(RA)、赤纬(DE)、滚动角(ROLL)作为指标进行分析。JPL实验室的Carl Christian Liebe于2002年发表的文章《AccuracyPerformance of Star Trackers-A Tutorial》以及Allan Read Eisenman 的文章《The newgeneration ofautonomous star trackers》中就使用了 RA-DE方法分析了星敏感器的在轨测量精度。虽然上述方法可以分析星敏感器测量数据的波动变化情况，但在通常的星敏感器指标定义以及星地一体化误差分解中均按照绕星敏感器本体三轴的测量误差来描述，上述方法难以转换为绕星敏感器每个轴的测量误差。另一方面，星敏感器的测量误差由几个误差项组成低频误差(LFE, Low Frequency Error)、高频误差(HFE, High FrequencyError)、随机误差(TE, Temporal Error),对这些误差项的分解有助于分析误差来源,而上述方法中均未对这些误差项进行分离。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种参考姿态未知情况下的星敏感器在轨测量误差确定方法，解决星敏感器在轨及整星测试过程中的测量误差分析问题，同时，分析结果可以提供绕星敏感器三轴的测量误差。本发明的技术解决方案是一种星敏感器在轨测量误差的确定方法，步骤如下(I)在轨测量星敏感器的输出四元数序列，对在轨测量的四元数序列进行多项式拟合并归一化处理，得到星敏感器的参考输出四元数序列；(2)将在轨测量星敏感器的输出四元数序列与步骤(I)得到的星敏感器的参考输出四元数序列的逆进行四元数的乘运算，得到偏差四元数；(3)将步骤⑵得到的偏差四元数转换为欧拉角，由此得到绕星敏感器测量坐标系的X轴、Y轴、Z轴的欧拉角参数形式的偏差量5 (J)x.k、6 (J)y,k、6 4)z,k作为总误差TotalError ；(4)对步骤(3)得到的总误差Total Error进行数字滤波，得到低频误差LFE ；(5)采用地面测试阶段静态星模拟器测量的星敏感器的输出四元数序列代替在轨测量的星敏感器输出四元数序列，并使用星敏感器的输出四元数序列中每个元素的后一采样时刻数据代替参考输出四元数序列，重复步骤(I) (3)，由此得到绕星敏感器测量坐标系的X轴、Y轴、Z轴的欧拉角参数形式的随机误差TE ；(6)通过公式
权利要求
1 ー种星敏感器在轨测量误差的确定方法，其特征在于步骤如下 (1)在轨测量星敏感器的输出四元数序列，对在轨测量的四元数序列进行多项式拟合并归ー化处理，得到星敏感器的參考输出四元数序列； (2)将在轨測量星敏感器的输出四元数序列与步骤(I)得到的星敏感器的參考输出四元数序列的逆进行四元数的乘运算，得到偏差四元数； (3)将步骤(2)得到的偏差四元数转换为欧拉角，由此得到绕星敏感器測量坐标系的X轴、Y轴、Z轴的欧拉角參数形式的偏差量δ φχ k> δ (J)y,k、δ ΦζΛ作为总误差Total Error ； (4)对步骤(3)得到的总误差TotalError进行数字滤波，得到低频误差LFE; (5)采用地面测试阶段静态星模拟器测量的星敏感器的输出四元数序列代替在轨测量的星敏感器输出四元数序列，并使用星敏感器的输出四元数序列中每个元素的后一采样时刻数据代替參考输出四元数序列，重复步骤(I) (3)，由此得到绕星敏感器測量坐标系的X轴、Y轴、Z轴的欧拉角參数形式的随机误差TE ； (6)通过公式J^a/Error = ^LFE2 +HFE2+TE2计算得到高频误差HFE。
全文摘要
一种星敏感器在轨测量误差的确定方法，首先对在轨测量得到的星敏感器输出四元数序列进行多项式拟合并归一化处理，得到参考输出四元数序列。然后对测量序列和参考序列进行四元数的乘运算，得到偏差四元数，通过将偏差四元数转换为欧拉角得到绕星敏感器测量坐标系三轴的总误差Total Error，通过对总误差进行数字滤波，可以得到低频误差LFE。随后采用地面测试阶段静态星模拟器测量的星敏感器的输出四元数序列代替在轨测量的星敏感器输出四元数序列，重复前述步骤得到绕星敏感器测量坐标系的三轴的随机误差TE。最后通过公式计算得到高频误差HFE。本发明方法特别适用于目标姿态不可准确预知情况下的星敏感器误差确定。
文档编号G01C25/00GK102735260SQ201210203660
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者李岩, 李松明, 霍德聪, 马俊, 黄琳 申请人:航天东方红卫星有限公司