专利名称：基于星敏感器的卫星姿态确定方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星姿态确定领域，特别涉及一种基于星敏感器的卫星姿态确定方法及系统。
背景技术：
近些年随着卫星系统与航天任务的日益复杂，卫星姿态确定系统对于准确性与鲁棒性的需求不断增加。主要采用的传感器有陀螺仪、太阳敏感器、星敏感器以及磁强计等。由于星敏感器可以提供角秒级的姿态测量精度而成为最受欢迎的传感器之一。为了获取卫星的姿态信息，星敏感器测量指向恒星的单位视线矢量，并且从恒星表中获得相应的参考矢量。从物理原理上，星敏感器测得的绕视线矢量转动角度的精度差于其他角度的精度。正因为此，利用单一的星敏感器进行卫星姿态确定时，并不能得到足够高的精度，甚至当卫星进行机动过程时，姿态确定精度可能变得更差或失效。
现有的卫星姿态确定方式有，利用姿态传感器直接测量的姿态确定方式，基于单一姿态传感器组合进行最优估计的姿态确定方式，以及基于多个姿态传感器组合进行多传感器融合的姿态确定方式。
现有技术存在如下缺陷:
(I)传感器直接测量的方式中，姿态确定精度不高，在正常工作范围受传感器的限制，且不具有容错性。
(2)基于单一传感器组合的最优估计方式中，正常工作范围受传感器限制，容错性较差。
(3)常见的基于多个传感器组合的融合方式中，目前存在或融合算法本身落后，或融合速度较慢，或处理四元数融合繁琐等问题。发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
为达到上述目的，本发明一方面的实施例提出一种基于星敏感器的卫星姿态确定方法，包括以下步骤:通过多个星敏感器和陀螺仪采集多个卫星姿态信息，其中，所述每个星敏感器和陀螺仪组合成一个采集单位采集对应的卫星姿态信息；从所述多个卫星姿态信息中选择有效的卫星姿态信息，并通过卡尔曼滤波器对所述有效的卫星姿态信息进行局部状态估计以获得多个局部最优状态估计；分别计算每个局部最优状态估计的融合权值；分别将每个融合权值和对应的局部最优状态估计进行加权融合以得到全局最优估计；以及根据所述全局最优估计确定卫星的姿态。
根据本发明实施例的方法，通过采用星敏感器，实现三轴姿态的高精度估计，同时采用协方差交集算法，提高了鲁棒性和可重构型。
在本发明的一个实施例中，采集所述卫星姿态信息之后，对于失效的卫星姿态信息进行失效标志。
在本发明的一个实施例中，所述全局最优估计包括协方融合矩阵和加权融合值。
在本发明的一个实施例中，所述局部最优状态估计的融合权值通过快速协方差交集算法获得，其计算公式为，
权利要求
1.一种基于星敏感器的卫星姿态确定方法，其特征在于，包括以下步骤: 通过多个星敏感器和陀螺仪采集多个卫星姿态信息，其中，所述每个星敏感器和陀螺仪组合成一个采集单位采集对应的卫星姿态信息； 从所述多个卫星姿态信息中选择有效的卫星姿态信息，并通过卡尔曼滤波器对所述有效的卫星姿态信息进行局部状态估计以获得多个局部最优状态估计； 分别计算每个局部最优状态估计的融合权值； 分别将每个融合权值和对应的局部最优状态估计进行加权融合以得到全局最优估计；以及 根据所述全局最优估计确定卫星的姿态。
2.如权利要求1所述的基于星敏感器的卫星姿态确定方法，其特征在于，采集所述卫星姿态信息之后，对于失效的卫星姿态信息进行失效标志。
3.如权利要求1所述的基于星敏感器的卫星姿态确定方法，其特征在于，所述全局最优估计包括协方融合矩阵和加权融合值。
4.如权利要求1所述的基于星敏感器的卫星姿态确定方法，其特征在于，所述局部最优状态估计的融合权值通过快速协方差交集算法获得，其计算公式为，_
5.如权利要求1所述的基于星敏感器的卫星姿态确定方法，其特征在于，所述加权融合通过如下公式进行计算，其公式为，
6.一种基于星敏感器的卫星姿态确定系统，其特征在于，包括: 采集模块，用于通过多个星敏感器和陀螺仪采集多个卫星姿态信息，其中，所述每个星敏感器和陀螺仪组合成 一个采集单位采集对应的卫星姿态信息； 局部估计模块，用于从所述多个卫星姿态信息中选择有效的卫星姿态信息，并通过卡尔曼滤波器对所述有效的卫星姿态信息进行局部状态估计以获得多个局部最优状态估计； 计算模块，用于分别计算每个局部最优状态估计的融合权值； 融合模块，用于分别将每个融合权值和对应的局部最优状态估计进行加权融合以得到全局最优估计；以及 确定模块，用于根据所述全局最优估计确定卫星的姿态。
7.如权利要求6所述的基于星敏感器的卫星姿态确定系统，其特征在于，采集所述卫星姿态信息之后，对于失效的卫星姿态信息进行失效标志。
8.如权利要求6所述的基于星敏感器的卫星姿态确定系统，其特征在于，所述全局最优估计包括协方融合矩阵和加权融合值。
9.如权利要求6所述的基于小卫星的自组织网络系统，其特征在于， 所述局部最优状态估计的融合权值通过快速协方差交集算法获得，其计算公式为，
10.如权利要求6所述的基于星敏感器的卫星姿态确定系统，其特征在于，所述加权融合通过如下公式进行计算，其公式为，
全文摘要
本发明提出一种基于星敏感器的卫星姿态确定方法及系统。其中，方法包括以下步骤通过多个星敏感器和陀螺仪采集多个卫星姿态信息，其中，每个星敏感器和陀螺仪组合成一个采集单位采集对应的卫星姿态信息；从多个卫星姿态信息中选择有效的卫星姿态信息，并通过卡尔曼滤波器对有效的卫星姿态信息进行局部状态估计以获得多个局部最优状态估计；分别计算每个局部最优状态估计的融合权值；分别将每个融合权值和对应的局部最优状态估计进行加权融合以得到全局最优估计；以及根据全局最优估计确定卫星的姿态。根据本发明实施例的方法，通过采用星敏感器，实现三轴姿态的高精度估计，同时采用协方差交集算法，提高了鲁棒性和可重构型。
文档编号G01C21/16GK103148853SQ20131009078
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者尤政, 邢飞, 王晓初 申请人:清华大学