基于整星运动的三轴陀螺极性测试方法与流程

本发明涉及一种测试方法，具体地，涉及一种基于整星运动的三轴陀螺极性测试方法。

背景技术：

随着应用的不断发展，卫星对地成像的精度要求日益提高，对卫星的姿态控制精度和姿态确定精度提出越来越高的要求。为了实现高精度的姿态控制和姿态确定，需要使用高精度的星敏感器和高精度陀螺，进行组合姿态确定，利用陀螺短期精度高的特点来测量卫星的短期姿态变化。

使用陀螺测量卫星角速度时，满足关系以下式(1)：

WG＝C·W……………………………………(1)

其中，WG为各个陀螺的测量值N行列向量，C为陀螺N×3安装矩阵，W为卫星角速度值3行列向量。

则可以由陀螺的测量值WG解出卫星的角速度值W，如下式(2)：

W＝(C^T·C)^-1C^T·WG……………………………………(2)

在使用上式通过陀螺测量值解算卫星角速度时，若出现陀螺在星上的安装极性与设计极性不匹配的情况时(即安装矩阵C值不正确)，则会引起卫星角速度测量值解算出现错误，轻则影响最后的姿态确定精度，重则影响卫星安全，使任务失败。

因此，必须在陀螺在整星安装后对陀螺的在整星安装情况下的极性进行确认。以往采用的陀螺在整星极性确认的方法通常采用摇动陀螺并确认安装方向的手段或者观察陀螺地速测量值的方法，但是均有一定的局限性。摇动陀螺的方法对于输入轴方向和卫星三轴方向一致的构型状态有较好的适应性，但是对于陀螺输入轴在空间斜装的情况下的极性确认较困难。低速测量值的方法需要确定卫星整体相对与地理北极的指向，转换环节多，且会受到陀螺本身测量噪声的影响，极性测量结果依赖于对数据的后期处理，容易产生偏差。

本发明针对使用陀螺进行姿态测量的卫星，提出一种简单直观的三轴陀螺极性测试方法，保证卫星在轨陀螺极性的正确性。

目前，国内在轨的多颗卫星采用陀螺作为主要的姿态测量部件，但没有发现同本发明类似的技术或报道。国外的GOES-N、GOES-R、Eurostar E3000卫星平台也大量采用陀螺作为姿态测量部件，但尚未收集到类似的资料。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于整星运动的三轴陀螺极性测试方法，其保证卫星在轨陀螺极性的正确性。

根据本发明的一个方面，提供一种基于整星运动的三轴陀螺极性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将卫星设置在使用陀螺进行姿态测量的模式，设置姿控系统全健康、禁止FDIR，设置三台互相垂直的一组陀螺当班；

步骤二，控制两轴转台使卫星绕滚动轴正向以0.05°/s角速度转动，转动过程中观察遥测下传的卫星三轴角速度；

步骤三，控制两轴转台使卫星绕滚动轴负向转动-0.05°/s；

步骤四，控制两轴转台使卫星绕偏航轴正向转动0.05°/s；

步骤五，控制两轴转台使卫星绕偏航轴负向转动-0.05°/s；

步骤六，控制两轴转台绕偏航轴转90°，使转台另外一个轴与卫星俯仰轴重合，控制转台使卫星绕俯仰轴正向转动0.05°/s；

步骤七，控制转台使卫星绕俯仰轴负向转动-0.05°/s；

步骤八，禁止该组陀螺当班，设置另一组三台互相垂直的陀螺当班；不断重复步骤一至步骤八的操作，直到完成对所有的陀螺的极性的检查确认。

优选地，所述步骤二如果遥测显示卫星滚动角速度为正向角速度，俯仰、偏航角速度很小，则该组陀螺滚动轴正向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

优选地，所述步骤三如果遥测显示卫星滚动角速度为负向角速度，俯仰、偏航角速度很小，则该组陀螺滚动轴负向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

优选地，所述步骤四如果遥测显示卫星偏航角速度为正向角速度，俯仰、滚动角速度很小，则该组陀螺偏航轴正向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

优选地，所述步骤五如果遥测显示卫星偏航角速度为负向角速度，俯仰、滚动角速度很小，则该组陀螺偏航轴负向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

优选地，所述步骤六如果遥测显示卫星俯仰角速度为正向角速度，偏航、滚动角速度很小，则该组陀螺俯仰轴正向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

优选地，所述如果遥测显示卫星俯仰角速度为负向角速度，偏航、滚动角速度很小，则该组陀螺俯仰轴负向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明从实际的物理转动上对三轴陀螺在整星状态下的极性进行了确认，避免了由人工转换计算造成的错误，保证陀螺极性的正确；新方法直接从源头出发，直接观察输出结果，一次性完成对星上软件的解算、地面遥测的处理的全链路测试确认，不但能增加测试覆盖，还能简化测试流程，保证全链路的极性正确性；新方法物理原理清楚，观察结果简单，非姿轨控专业的人员也能够完成操作和测试，有利于进行测试的专业化和独立化。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明某卫星的滚动及偏航轴陀螺极性测量状态示意图；

图2为本发明某卫星的俯仰轴陀螺极性测量状态示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明基于整星运动的三轴陀螺极性测试方法包括以下步骤：

步骤一，将卫星2设置在使用陀螺进行姿态测量的模式，设置姿控系统全健康、禁止FDIR，设置三台互相垂直的一组陀螺当班；

步骤二，控制两轴转台1使卫星绕滚动轴正向以0.05°/s角速度转动，转动过程中观察遥测下传的卫星三轴角速度。如果遥测显示卫星滚动角速度为正向角速度(约+0.05°/s)，俯仰、偏航角速度很小(约为0)，则该组陀螺滚动轴正向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

步骤三，控制两轴转台使卫星绕滚动轴负向转动-0.05°/s，如果遥测显示卫星滚动角速度为负向角速度(约-0.05°/s)，俯仰、偏航角速度很小(约为0)，则该组陀螺滚动轴负向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

步骤四，控制两轴转台使卫星绕偏航轴正向转动0.05°/s，如果遥测显示卫星偏航角速度为正向角速度(约+0.05°/s)，俯仰、滚动角速度很小(约为0)，则该组陀螺偏航轴正向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

步骤五，控制两轴转台使卫星绕偏航轴负向转动-0.05°/s，如果遥测显示卫星偏航角速度为负向角速度(约-0.05°/s)，俯仰、滚动角速度很小(约为0)，则该组陀螺偏航轴负向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

步骤六，控制两轴转台绕偏航轴转90°，使转台另外一个轴与卫星俯仰轴重合，控制转台使卫星绕俯仰轴正向转动0.05°/s，如果遥测显示卫星俯仰角速度为正向角速度(约+0.05°/s)，偏航、滚动角速度很小(约为0)，则该组陀螺俯仰轴正向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

步骤七，控制转台使卫星绕俯仰轴负向转动-0.05°/s，如果遥测显示卫星俯仰角速度为负向角速度(约-0.05°/s)，偏航、滚动角速度很小(约为0)，则该组陀螺俯仰轴负向极性正确，反之，则陀螺安装极性存在问题，需排查问题。

步骤八，禁止该组陀螺当班，设置另一组三台互相垂直的陀螺当班；不断重复步骤一至步骤八的操作，直到完成对所有的陀螺的极性的检查确认。

若最后剩余的陀螺个数不足以构成最少的三台陀螺的数量，则可以在已经完成极性测试确认的陀螺中选取陀螺与剩余陀螺组成三台陀螺的数量进行极性测试。选取陀螺时应与剩余的陀螺的夹角尽可能接近90°，且三台陀螺夹角应尽可能分布均匀。

请参阅图1、图2，某卫星在两轴转台上时卫星本体系与两轴转台旋转轴的关系。图1为测量卫星滚动、偏航轴陀螺极性时卫星本体系与转台水平、垂直旋转轴的关系，在该测量状态下卫星+Zb轴与两轴转台垂直旋转轴方向重合，卫星+Xb轴与转台水平旋转轴方向一致；图2为测量卫星俯仰轴陀螺极性时卫星本体系与转台水平、垂直轴关系。在该测量状态下卫星+Zb轴与两轴转台垂直旋转轴方向重合，卫星+Yb轴与转台水平旋转轴方向一致。

本发明不再使用传统的摇晃陀螺或者地速测量分析方法，直接在陀螺整星安装状态下通过分别转动卫星三轴，完成对三轴陀螺极性的测试。从实际的物理转动上对三轴陀螺在整星状态下的极性进行了确认，避免了由人工转换计算造成的错误，保证陀螺极性的正确。直接从源头出发，观察输出结果，一次性完成对星上软件的解算、地面遥测的处理的全链路测试确认，能增加测试覆盖，还能简化测试流程，保证全链路的极性正确性。物理原理清楚，观察方法简单，非姿轨控专业的人员也能够完成操作和测试，有利于由独立的专业测试人员完成陀螺极性的测试。

本发明在保持地面测试状态与在轨状态一致的前提下，通过卫星整星的运动，完成对三轴陀螺极性的测试，能够确保陀螺在整星极性的正确性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。