专利名称：一种三探头星敏感器姿态的确定方法
技术领域：
本发明涉及空间技术，具体说就是一种三探头星敏感器姿态的确定方法。
背景技术：
星敏感器是感受恒星的辐射并测量卫星相对于该恒星方位的一种光学姿态敏感器。由于恒星的张角非常�。倚枪庠诠咝宰晗抵械姆较蚴蔷芬阎模孕敲舾衅鞯牟饬烤群芨撸忍裘舾衅鞲咭桓鍪考�。但是由于星光非常微弱，所以信号检测比较困难，其成像需要使用高灵敏度的图像传感器，比如析像管或电荷耦合器件(CCD，ChargeCoupled Device)。天空中恒星数量很多，它一方面带来可供选择的目标星较多和应用方便的优点，但也带来了对检测到的恒星进行识别的困难，因而需要配备数据存储和处理能力较强的星载数字计算机。为了减小外界杂散光的影响，常常在星敏感器的镜头前加一个遮光罩。来自恒星的平行光经过光学系统后在像面阵上聚焦成像，按能量中心法可确定星像的中心位置(其精度可达角秒)。根据聚焦几何关系进一步求出星光矢量在星敏感器坐标系中的方向，再由星敏感器安装矩阵求得星光矢量在卫星本体坐标系中的观测矢量。星敏感器能同时感测多颗恒星(通常是6等以上的恒星)，经过星图识别后作为三轴姿态测量基准的恒星一般在3颗以上。利用多矢量定姿法可求出卫星相对于惯性空间(天球坐标系)的三轴姿态。当给定飞行器的轨道根数后，可通过坐标转换求得飞行器相对于轨道坐标系的姿态。星敏感器的姿态确定精度是由恒星位置的测量精度确定的。但恒星位置的测量精度与探头角大小之间是矛盾的，为了进一步提高星敏感器的姿态精度，许多设计者减少星敏感器的探头。对于单探头星敏感器而言，滚动角的误差一般是偏航角和俯仰角误差的5-10倍。因此，降低星敏感器探头也不可能把滚动角的精度提高到偏航角和俯仰角的精度。而且小探头的星敏感器探头中可捕获的导航星数量比较少，导致星敏感器星探测能力的降低，不利于星图识别和飞行器的动态性能；不能保证在每一时刻探头中都能同时拍到足够的导航星。这样会限制星敏感器的星探测能力和造成姿态确定精度的下降。为解决航天器高动态飞行条件下星敏感器测量精度和星探测能力的问题，可以采用三个探头星敏感器方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三探头星敏感器姿态的确定方法。本发明的目的是这样实现的方法步骤如下步骤一分别读取第一获取探头的姿态Q1和曝光时刻& ；第二获取探头的姿态Q2和曝光时刻t2 ；第三获取探头的姿态Q3和曝光时刻t3 ；取&、&和t3的最大值；、
如果最大;计算 A t2 = t1-t2, A t3 = ；步骤二 利用Q2、A2和公式(11)
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步骤八第一获取探头光轴指向的像空间坐标V1是(0，0，1)，利用公式(5)把第二获取探头光轴指向的像空间坐标V2 (0，0，I)转换到第一获取探头坐标系下的像空间坐标V' 2，利用公式(5)把第三获取探头光轴指向的像空间坐标V3(0，0，I)转换到第一获取探头坐标系下的像空间坐标V' 3；利用VpV' 2、V' 3以及S' 1>S2,S/ 3，利用公式(8)计算三探头的姿态Q，并输出时间t2和姿态Q ；如果t3最大；计算 A =A t2 = t3-t2利用Qp At1和公式(11)计算第一获取探头在t3时刻姿态Q'工,利用02、^1:2和公式(11)计算第二获取探头在t3时刻姿态Q' 2利用Q' i计算第一获取探头在&时刻的光轴指向S' i，利用Q' 2计算第二获取探头在t3时刻的光轴指向S' 2，利用Q3计算第三获取探头在t3时刻的光轴指向S3第一获取探头光轴指向的像空间坐标％是(0，0，1)，利用公式(5)把第二获取探头光轴指向的像空间坐标V2(0，0，1)转换到第一获取探头坐标系下的像空间坐标V' 2，利用公式(5)把第三获取探头光轴指向的像空间坐标V3(0，0，1)转换到第一获取探头坐标系下的像空间坐标V' 3步骤九利用V1J' 2、V' 3以及S' i、S' 2、S3，利用公式(8)计算三探头的姿态Q，并输出时间t3和姿态Q。本发明一种三探头星敏感器姿态的确定方法，数据处理�？槎ㄖ芷诘馗礁鎏酵纺？榻行Ｊ保植沽诵敲舾衅鞒な奔湓诵泻螅礁龀上裉酵纺？橹涫奔洳钤龃蟮娜钡悖幻植沽说ジ龀上裉酵纺？樾敲舾衅鞴龆嶙颂炔畹娜钡悖患词鼓掣龀上裉酵纺？槭敌В诒Ｖぷ颂鹊幕∩希砹礁龀上裉酵纺？槿匀荒苁涑鲎颂岣吡耸菘煽啃浴�
图I为三探头星敏感器姿态计算流程图；图2为三探头星敏感器原理图；图3为采用探头I星图计算三轴姿态误差曲线；图4为三探头星敏感器测试结果。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做进一步说明。实施例I :结合图I、图2，本发明一种三探头星敏感器姿态的确定方法，步骤如下方法步骤如下步骤一分别读取第一获取探头的姿态Q1和曝光时刻& ；
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第二获取探头的姿态Q2和曝光时刻t2 ；第三获取探头的姿态Q3和曝光时刻t3 ；取tp t2和t3的最大值；
如果最大;计算 A t2 = t1-t2, A t3 = ；步骤二 利用Q2、A t2和公式(11)
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^br " ^nb^nr — ^nb^nr计算三探头的姿态Q，并输出时间h和姿态Q ；如果t2最大；计算 A = I^t1, A t3 = t2-t3 ；步骤六利用Q1^ At1和公式(11)
分10 分10 ^lOq\ = gn +(ID9l2 9l2 9l2
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X"Fn = Yn(2)
Zn,空间飞行器的体坐标系为Fb，空间参考坐标系为匕，它们的坐标基分别为
Xl p/Fb = Yb ,Fr = Yr(3)
」k _其中，Xb、Yb、Zb为Fb单位矢量，\、Yr, Zr为匕单位矢量。Xn、Yn、Zn是测得的三个矢量，它们与Fn和F1^坐标系的描述为Xn =UlFb =U FrYn = VTbFb = VrrFr(4)z =WbrFb=W^Fr其中，Ub、Vb、Ur、Vr、Wb、Wb分别为Xn、Yn、Zn在Fb和Fr的坐标列阵(方向余弦)，写成展开式为
权利要求
1.一种三探头星敏感器姿态的确定方法，其特征在于步骤如下 步骤一分别读取 第一获取探头的姿态Q1和曝光时刻h ； 第二获取探头的姿态Q2和曝光时刻t2 ； 第三获取探头的姿态Q3和曝光时刻t3 ； 取tp t2和t3的最大值； 如果 ti 最大；计算 A t2 = trt2, At3 = ti-tg ； 步骤二 利用Q2、At2和公式(11)
全文摘要
本发明公开一种三探头星敏感器姿态的确定方法，数据处理模块定周期地给两个探头�？榻行Ｊ保植沽诵敲舾衅鞒な奔湓诵泻螅礁龀上裉酵纺？橹涫奔洳钤龃蟮娜钡悖幻植沽说ジ龀上裉酵纺？樾敲舾衅鞴龆嶙颂炔畹娜钡悖患词鼓掣龀上裉酵纺？槭В诒Ｖぷ颂鹊幕∩希砹礁龀上裉酵纺？槿匀荒苁涑鲎颂岣吡耸菘煽啃�。
文档编号G01C25/00GK102749089SQ201210241969
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者李葆华, 王�：�, 陈希军, 陈才敏 申请人:哈尔滨工业大学
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