CN100559190C - 一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法 - Google Patents
一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100559190C CN100559190C CNB2007103017428A CN200710301742A CN100559190C CN 100559190 C CN100559190 C CN 100559190C CN B2007103017428 A CNB2007103017428 A CN B2007103017428A CN 200710301742 A CN200710301742 A CN 200710301742A CN 100559190 C CN100559190 C CN 100559190C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rail
- accelerometer
- zero drift
- speed increment
- directional pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，包括下列步骤：在星上设置恒星定向模式；卫星进行变轨之前，卫星进入恒星定向模式，将速度增量、时间初始化为零后，进行速度增量和时间的累计，直至恒星定向模式结束；根据得到的速度增量和时间确定加速度计零位偏差标定值；在轨控过程中对加速度计零位偏差进行补偿；计算轨控过程中的速度增量，并将计算得到的速度增量与轨控前确定的一个变轨速度增量值进行比较，若计算的速度增量大于轨控前确定的速度增量值，轨控结束，否则从对加速度计进行补偿开始执行直至轨控结束。本发明利用轨控前的恒星定向模式加速度为零的特点对加速度计零位偏差进行标定，提高了加速度计零位偏差标定的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星轨控过程中使用的加速度计零位偏差的标定方法，尤其适用于有关键点或是唯一窗口变轨要求的卫星的加速度计零位偏差的标定方法。
背景技术
奔月航天器轨控期间需要准确的加速度计测量信息，而加速度计测量量本身包含零位偏差和脉冲当量误差，如不考虑这些偏差将会对轨道确定产生误差。为保证轨控的准确性，星上需要对加速度计的零位偏差进行补偿。
国外诸多学者对CHAMP卫星GRACE卫星等应用的加速度计标定提出了多种方法，利用能量守恒方法进行标定最为快捷简便，另外还有利用轨迹交叉点进行加速度计标定和利用重力场模型进行标定等方法。这些方法一般考虑同时标定加速度计零位偏差和脉冲当量误差，固定一个参数，解算另一个参数，存在较大的耦合作用，且算法复杂，有时不能满足对加速度计标定精度要求较高的需求。
目前国内没有对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法。使用加速度计的卫星都是在地面进行的加速度计标定。加速度计的标定通常是在转台或分度头上进行，因而标定工作只能在试验室进行。考虑到加速度计零位偏差随温度和时间变化，仅在地面标定的加速度计偏差是不能准确反映加速度计真实偏差的。地面进行的标定只能作为加速度计零位偏差补偿的参考值，对轨控实施精度要求不严的卫星比较适用，但对于月球探测器一类的轨控窗口要求严格的卫星却不再适用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，该方法利用轨控前的恒星定向模式加速度为零的特点对加速度计零位偏差进行标定，提高了加速度计零位偏差标定的准确度。
本发明的技术解决方案是：一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，包括下列步骤：
(1)在星上设置恒星定向模式，该模式保持卫星惯性定向姿态，星体加速度为零；
(2)卫星进行变轨之前，使卫星进入恒星定向模式，将初始化为零的速度增量和时间增量进行累计，直至恒星定向模式结束；
(3)根据恒星定向模式累计的速度增量和时间增量，确定加速度计零位偏差标定值；
(4)在轨控过程中对加速度计零位偏差进行补偿；
(5)计算轨控过程中的速度增量，并将计算得到的速度增量与轨控前根据轨控需要确定的一个变轨速度增量值进行比较，若计算的速度增量大于轨控前确定的速度增量值，轨控结束，否则从步骤(4)开始执行直至轨控结束。
所述步骤(1)中的设置恒星定向模式，首先设定目标姿态，目标姿态为任一惯性姿态，然后根据敏感器输出确定卫星当前惯性姿态，最后由当前惯性姿态与目标姿态之差确定执行机构的控制量，通过执行机构控制使得恒星定向模式中的卫星姿态与目标姿态一致，达到惯性定向的目的。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)由于本发明充分利用了轨控前的恒星定向模式加速度为零的特点，与地面事先标定方法和现有技术中利用零位偏差和脉冲当量耦合估计的方法相比具有更高的准确度。
(2)由于本发明在轨控过程中对加速度计零位偏差进行补偿，保证了轨控精度。
附图说明
图1为本发明恒星定向模式设置流程图；
图2为本发明加速度计零位偏差在轨标定流程图；
图3为本发明恒星定向模式中三轴姿态角与目标角差值仿真曲线；
图4为本发明三轴动量轮角动量仿真曲线；
图5为本发明三轴喷气发动机喷气总时间仿真曲线；
图6为本发明加速度计采集到的速度增量Δv的累计值仿真曲线；
图7为本发明加速度计采集到的速度增量Δv的累计值局部放大曲线。
具体实施方式
如图1所示，为本发明设置恒星定向模式流程图，首先设定目标姿态，可将任一惯性姿态确定为目标姿态，根据敏感器输出确定卫星当前惯性姿态，卫星当前惯性姿态的确定可参考《基于星敏感器/光纤陀螺的卫星定姿算法》一文，然后由当前惯性姿态与目标姿态之差确定执行机构的控制量，通过执行机构控制使得恒星定向模式中的卫星姿态与目标姿态一致，达到惯性定向的目的。该模式选用的执行机构在控制过程中不对星体产生加速度，保证恒星定向模式中星体加速度为零，这些执行机构可为动量轮，或控制力矩陀螺，或磁力矩器，或者他们的组合；依靠执行机构角动量变化或者能量转换吸收卫星干扰力矩对星体的影响，采用这些执行机构控制可避免姿控发动机喷气控制，由于该模式中不进行姿态的喷气控制，所以可保证卫星加速度为零，为加速度计标定提供标定条件。
如图2所示，为本方法流程图，具体步骤如下：
(1)按照图1所示的方法在星上设置恒星定向模式，该模式保持卫星惯性定向姿态，星体加速度为零。
(2)在卫星进行变轨之前，需要进入预先设置的恒星定向模式，利用恒星定向模式中加速度为零的特点，若加速度计不存在零位偏差，则加速度计采集到的速度增量应该为零。若加速度计有零位偏差，通过恒星定向模式中，对采集到的速度增量和时间增量进行累计直至恒星定向模式结束。
(3)将加速度计采集到的速度增量Δv累计和与采集的时间增量Δt累计相比得到这段时间内加速度计零位偏差的平均值a0，即a0＝Δv/Δt，Δv、Δt在进入恒星定向模式前初始化为0，进入恒星定向模式后计算公式Δv＝Δv+v，Δt＝Δt+T，其中v为每个采样周期T内加速度计输出的速度增量；将a0作为加速度计零位偏差的标定结果。
(4)将速度增量V初始化为零，将a0在加速度计测量的加速度中减掉，得到没有零位偏差影响的加速度计测量值，即a＝v/T-a0，消除加速度计零位偏差对轨控精度的影响，其中加速度计测量的加速度等于采样周期T时间内加速度计输出的速度增量v除以采样周期。
(5)计算轨控过程中的速度增量V，即V＝V+a＊T，将计算得到的V与轨控前根据轨控需要给定的速度增量值进行比较，若V大于轨控前确定的速度增量值，轨控结束，否则从对加速度计零位偏差进行补偿开始直至轨控结束。
为了验证本方法的可行性，对本方法进行了仿真计算，仿真条件：设加速度计零位偏差实际值为0.05m/s2，恒星定向模式仿真时间为3000秒，初始时刻滚动、俯仰、偏航三轴姿态角分别为-0.01度，0.02度，0.02度；滚动、俯仰、偏航三轴角速度分别为-0.01度/s，-0.05度/s，0.02度/s。仿真结果如图3～7所示。
如图3所示，为本发明恒星定向模式中三轴姿态角与目标角差值曲线，从图中可以看出，进入恒星定向模式初始阶段卫星姿态角与目标角偏差较大，这是因为进入恒星定向模式后动量轮首先要消除卫星初始姿态角和角速度与目标姿态中初始姿态度和角速度的偏差，消除偏差后恒星定向模式中星体姿态角与目标角差值很小，卫星姿态与目标姿态一致，满足惯性定向的要求。
如图4所示，为本发明三轴动量轮角动量曲线，从图中可以看出，仿真初始阶段动量轮角动量发生较大变化，这是因为仿真初始阶段动量轮要消除卫星与目标姿态之间初始姿态角和角速度误差，误差消除后卫星姿态角误差趋于稳定，动量轮角动量变化也同样趋于稳定，仿真过程中存在的环境力矩的小干扰也由动量轮消除。
如图5所示，为本发明三轴喷气发动机喷气总时间仿真曲线，从图中可以看到恒星定向模式中未出现姿控发动机喷气的现象，不会对星体产生加速度，满足加速度计零位偏差标定的要求。
如图6所示，为本发明仿真过程恒星定向模式中加速度计采集到的速度增量Δv的累计值曲线，图7为其最后五秒的曲线局部放大图，从图7可知清楚的看到，3000秒时加速度计采集到的速度增量Δv为151.6m/s，因此该次仿真中加速度计零位偏差的标定结果应为151.6/3000＝0.0505m/s2与零位偏差实际值0.05m/s2相比误差很小，满足实际应用需要。
Claims (6)
1、一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)在星上设置恒星定向模式，该模式保持卫星惯性定向姿态，星体加速度为零；
(2)卫星进行变轨之前，使卫星进入恒星定向模式，将初始化为零的速度增量和时间增量进行累计，直至恒星定向模式结束；
(3)根据恒星定向模式累计的速度增量和时间增量，确定加速度计零位偏差标定值；
(4)在轨控过程中对加速度计零位偏差进行补偿；
(5)计算轨控过程中的速度增量，并将计算得到的速度增量与轨控前根据轨控需要确定的一个变轨速度增量值进行比较，若计算的速度增量大于轨控前确定的速度增量值，轨控结束，否则从步骤(4)开始执行直至轨控结束。
2、根据权利要求1所述的一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的设置恒星定向模式，首先设定目标姿态，目标姿态为任一惯性姿态，然后根据敏感器输出确定卫星当前惯性姿态，最后由当前惯性姿态与目标姿态之差确定执行机构的控制量，通过执行机构控制使得恒星定向模式中的卫星姿态与目标姿态一致。
3、根据权利要求2所述的一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，其特征在于：所述的执行机构在控制过程中不对星体产生加速度，保证恒星定向模式中星体加速度为零。
4、根据权利要求1所述的一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的加速度计零位偏差标定值用累计过程中的加速度计零位偏差的平均值表示，所述的平均值根据恒星定向模式累计的速度增量除以时间增量得到。
5、根据权利要求1所述的一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的对加速度计零位偏差进行补偿，在轨控过程中，将加速度计测量的加速度值减去加速度计零位偏差的标定值，得到没有零位偏差影响的加速度计测量值，消除加速度计零位偏差对轨控精度的影响。
6、根据权利要求5所述的一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法，其特征在于：所述的加速度计测量的加速度值通过加速度计在采样周期内测量的速度增量除以采样周期得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007103017428A CN100559190C (zh) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | 一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007103017428A CN100559190C (zh) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | 一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101226206A CN101226206A (zh) | 2008-07-23 |
| CN100559190C true CN100559190C (zh) | 2009-11-11 |
Family
ID=39858321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2007103017428A Expired - Fee Related CN100559190C (zh) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | 一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100559190C (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103884870B (zh) * | 2014-03-13 | 2016-08-24 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 提高加速度计校准精度的方法和装置 |
| CN106156414B (zh) * | 2016-06-30 | 2019-04-26 | 北京润科通用技术有限公司 | 一种卫星轨道仿真方法及装置 |
| CN107132850B (zh) * | 2017-05-25 | 2019-08-02 | 上海航天控制技术研究所 | 基于角速度跟踪的变轨姿态保持控制方法 |
| CN109459585B (zh) * | 2018-10-25 | 2021-02-09 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种加速度计零位偏置修正方法 |
| CN109407691B (zh) * | 2019-01-08 | 2022-03-18 | 深圳航天东方红海特卫星有限公司 | 一种微小卫星精密闭环轨道控制设备 |
| CN111891394B (zh) * | 2020-08-11 | 2022-01-04 | 北京控制工程研究所 | 一种卫星冷气推进系统流量传感器在轨标定方法 |
| CN112208799B (zh) * | 2020-10-22 | 2021-12-07 | 上海卫星工程研究所 | 深空探测器轨控发动机推力方向偏差在轨标定方法和系统 |
| CN114413886B (zh) * | 2021-12-24 | 2024-01-02 | 上海航天控制技术研究所 | 一种星载加速度计组合零位补偿方法 |
| CN117074722A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-11-17 | 无锡车联天下信息技术有限公司 | 一种加速度传感器的零位标定方法和零位标定装置 |
-
2007
- 2007-12-26 CN CNB2007103017428A patent/CN100559190C/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 一种利用星敏感器对陀螺进行在轨标定的算法. 陈雪芹等.系统工程与电子技术，第27卷第12期. 2005 |
| 一种利用星敏感器对陀螺进行在轨标定的算法. 陈雪芹等.系统工程与电子技术，第27卷第12期. 2005 * |
| 惯性敏感器与星敏感器之间在轨自主标定比较研究. 刘一武.航天控制，第23卷第2期. 2005 |
| 惯性敏感器与星敏感器之间在轨自主标定比较研究. 刘一武.航天控制，第23卷第2期. 2005 * |
| 陀螺/星敏感器在轨标定算法研究. 陈雪芹等.哈尔滨工业大学学报，第38卷第8期. 2006 |
| 陀螺/星敏感器在轨标定算法研究. 陈雪芹等.哈尔滨工业大学学报，第38卷第8期. 2006 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101226206A (zh) | 2008-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100559190C (zh) | 一种对加速度计零位偏差进行在轨标定的方法 | |
| CN107655493B (zh) | 一种光纤陀螺sins六位置系统级标定方法 | |
| CN103344260B (zh) | 基于rbckf的捷联惯导系统大方位失准角初始对准方法 | |
| CN100491204C (zh) | 一种利用定轨数据标定加速度计的方法 | |
| CN104344837B (zh) | 一种基于速度观测的冗余惯导系统加速度计系统级标定方法 | |
| CN102706366B (zh) | 一种基于地球自转角速率约束的sins初始对准方法 | |
| CN104344836B (zh) | 一种基于姿态观测的冗余惯导系统光纤陀螺系统级标定方法 | |
| CN101246023A (zh) | 微机械陀螺惯性测量组件的闭环标定方法 | |
| CN104142686A (zh) | 一种卫星自主编队飞行控制方法 | |
| CN103852085B (zh) | 一种基于最小二乘拟合的光纤捷联惯导系统现场标定方法 | |
| CN104019828A (zh) | 高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法 | |
| CN102937450B (zh) | 一种基于陀螺测量信息的相对姿态确定方法 | |
| CN103743413A (zh) | 倾斜状态下调制寻北仪安装误差在线估计与寻北误差补偿方法 | |
| CN106052716A (zh) | 惯性系下基于星光信息辅助的陀螺误差在线标定方法 | |
| CN102680000A (zh) | 应用零速/航向修正的光纤捷联惯组在线标定方法 | |
| CN103759729A (zh) | 采用捷联惯导的月球软着陆地面试验用初始姿态获取方法 | |
| CN105115508A (zh) | 基于后数据的旋转制导炮弹快速空中对准方法 | |
| CN103017765A (zh) | 应用于微机械组合导航系统的偏航角修正方法和修正装置 | |
| CN102645223A (zh) | 一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法 | |
| CN103123487B (zh) | 一种航天器姿态确定方法 | |
| CN104121930B (zh) | 一种基于加表耦合的mems陀螺漂移误差的补偿方法 | |
| CN109489661A (zh) | 一种卫星初始入轨时陀螺组合常值漂移估计方法 | |
| CN108489485A (zh) | 一种无误差的捷联惯导数值更新方法 | |
| CN113959462B (zh) | 一种基于四元数的惯性导航系统自对准方法 | |
| CN105628056A (zh) | 一种针对陀螺仪随机游走噪声的精细滤波方法与测试平台 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091111 Termination date: 20191226 |