CN107861919A - 一种星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法 - Google Patents
一种星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法，包括以下步骤：S1、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和星矢量权值其中i＝1,2,…,n，n为定姿星颗数,首次解算先验姿态四元数S2、根据首次解算的先验姿态四元数解算先验姿态矩阵A；S3、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和姿态矩阵A计算星矢量误差；S4、根据矢量误差计算动态权值ai；S5、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态权值ai二次迭代解算姿态四元数q。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法。
背景技术
星敏感器是基于计算机视觉原理的光电测量仪器，其直接测量的物理量为恒星经光学系统在光电探测器上形成的近圆形光斑的质心，经质心提取、星矢量计算、星图匹配、姿态解算等步骤，最终得到卫星姿轨控系统需要的四元数。姿态四元数用于描述飞行器的姿态信息，准确的姿态矩阵A应满足公式：
式中：n为定姿星颗数，是星敏感器测量坐标系下的观测星矢量；是天球坐标系下的参考星矢量。
从星图成像到输出姿态，引入了各种误差，因此获得星敏感器姿态矩阵的准确值是不可能的，当前的求解思路大多基于1965年Wahba提出的最小损失函数:
式中：ai是恒星矢量的权值。
当前姿态解算算法中，大多以定姿星颗数为依据，采用等权值的方法解算姿态，由于星敏感器装调过程中产生的误差(比如像平面倾斜)及光学系统像差(球差、慧差、象散、场曲、位置色差、倍率色差、畸变)，以及恒星星等不一，质心算法提取的恒星矢量即使经过一系列处理，仍存在大小不一的残差。
发明内容
本发明的技术解决问题是：
克服现有技术的缺陷，提出一种计算量小，实现简单的方法，在轨飞行过程中实时估计观测星矢量的误差，以动态分配定姿星矢量的权值，提高姿态解算的精度，适用于高精度星敏感器的定姿星矢量权值的确定。
本发明的技术解决方案是：
一种星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法，包括以下步骤：
S1、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和星矢量权值其中i＝1,2,…,n，n为定姿星颗数，首次解算先验姿态四元数
S2、根据首次解算的先验姿态四元数解算先验姿态矩阵A；
S3、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和姿态矩阵A计算星矢量误差
S4、根据矢量误差计算动态权值ai；
S5、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态权值ai二次迭代解算姿态四元数q。
根据本发明的一个实施例，在步骤S1中，根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi，和星矢量权值使用QUEST方法解算先验姿态四元数
根据本发明的一个实施例，在步骤S2中，先验姿态矩阵
根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，根据等式来计算星矢量误差
根据本发明的一个实施例，在步骤S4中，根据等式来计算动态分配权值ai。
根据本发明的一个实施例，在步骤S5中，根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态权值ai使用QUEST方法进行二次迭代解算姿态四元数q。
一种存储了指令的计算机可读介质，当所述指令被至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行以下步骤：
S1、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和星矢量权值其中i＝1,2,…,n，n为定姿星颗数，使用QUEST方法首次解算先验姿态四元数
S2、根据首次解算的先验姿态四元数解算先验姿态矩阵A；
S3、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和姿态矩阵A计算星矢量误差
S4、根据矢量误差计算动态权值ai；
S5、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态分配权值ai使用QUEST方法进行二次迭代解算姿态四元数q。
根据本发明的一个实施例，在步骤S2中，先验姿态矩阵
根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，根据等式来计算星矢量误差
根据本发明的一个实施例，在步骤S4中，根据等式来计算动态权值ai。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)引入二次迭代，以解决无法直接准确计算每颗星矢量的误差问题；
(2)采用三维的星矢量信息计算误差，相对于转到二维焦平面内计算误差的方法，省去了将恒星矢量从天球坐标系反解到像平面坐标系的过程，节约了计算资源；
(3)采用动态权值的方法，相较于等权值解算姿态，可显著抑制光学系统像差等引起的误差。
附图说明
图1是高精度星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法的流程图。
图2是单头星敏感器中的三轴姿态示意图。
图3是多头星敏感器中的三轴姿态示意图。
具体实施方式
下面结合附图，具体描述本发明的实施例。
如图1所示，高精度星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法包括以下步骤：
S1、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和星矢量权值其中i＝1,2,…,n，n为定姿星颗数，首次解算先验姿态四元数
在本发明的实施例中，将定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi，和星矢量权值作为QUEST方法的输入，来解算先验姿态四元数
S2、根据首次解算的先验姿态四元数解算先验姿态矩阵A。
在本发明的实施例中，先验姿态矩阵A如以下等式(3)所示：
S3、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和姿态矩阵A计算星矢量误差
在本发明的实施例中，是根据以下等式(4)来计算的：
S4、根据矢量误差计算动态分配权值ai。
在本发明的实施例中，在计算出n个矢量误差后，计算n个矢量误差的倒数的和并根据以下等式(5)来计算动态权值ai：
S5、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态权值ai二次迭代解算姿态四元数q。
在本发明的实施例中，将定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态分配权值ai作为QUEST算法的输入，二次迭代解算姿态四元数q。
实施例
如图2所示，在单头星敏感器中，采用本发明的方法，解算姿态四元数q，再将姿态四元数q应用于敏感器，解算得到的三轴姿态相比于现有技术中的使用等权值解算得到的三轴姿态，在X,Y轴上精度均有提高。
如图3所示，在多头星敏感器中，采用本发明的方法，解算姿态四元数q，再将姿态四元数q应用于敏感器，解算得到的三轴姿态相比于现有技术中的使用等权值解算得到的三轴姿态，在X,Y,Z轴上精度均有提高。
综上所述，根据定姿星观测矢量的误差大小，来确定权值ai的动态分配的方法，可以有效提高姿态确定精度。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和星矢量权值其中i＝1,2,…,n，n为定姿星颗数，首次解算先验姿态四元数
S2、根据首次解算的先验姿态四元数解算先验姿态矩阵A；
S3、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和姿态矩阵A计算星矢量误差S4、根据矢量误差计算动态权值ai；
S5、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态权值ai二次迭代解算姿态四元数q。
2.根据权利要求1所述的星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法，其特征在于，在步骤S1中，根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi，和星矢量权值使用QUEST方法解算先验姿态四元数
3.根据权利要求2所述的星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法，其特征在于，在步骤S2中，先验姿态矩阵
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4.根据权利要求1所述的星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法，其特征在于，在步骤S3中，根据等式来计算星矢量误差
5.根据权利要求1所述的星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法，其特征在于，在步骤S4中，根据等式来计算动态权值权值ai。
6.根据权利要求1所述的星敏感器定姿星矢量权值实时分配方法，其特征在于，在步骤S5中，根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态分配权值ai使用QUEST方法进行二次迭代解算姿态四元数q。
7.一种存储了指令的计算机可读介质，其特征在于，当所述指令被至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行以下步骤：
S1、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和星矢量权值其中i＝1,2,…,n，n为定姿星颗数，使用QUEST方法首次解算先验姿态四元数
S2、根据首次解算的先验姿态四元数解算先验姿态矩阵A；
S3、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和姿态矩阵A计算星矢量误差S4、根据矢量误差计算动态权值ai；
S5、根据定姿星观测矢量Wi，参考矢量Vi和动态分配权值ai使用QUEST方法进行二次迭代解算姿态四元数q。
8.根据权利要求7所述的存储了指令的计算机可读介质，其特征在于，在步骤S2中，先验姿态矩阵
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9.根据权利要求7所述的存储了指令的计算机可读介质，其特征在于，在步骤S3中，根据等式来计算星矢量误差
10.根据权利要求7所述的存储了指令的计算机可读介质，其特征在于，在步骤S4中，根据等式来计算动态权值ai。
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