CN110702096B - 一种太阳敏感器的高阶误差补偿方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳敏感器的高阶误差补偿方法，根据多个标称在轴角和太阳敏感器输出的在轴角构造线性回归模型；然后根据线性回归模型，确定太阳敏感器的误差系数；利用太阳敏感器的误差系数，对太阳敏感器输出的在轴角进行补偿，获得补偿后的在轴角。本发明能够解决太阳敏感器自身存在输出角度误差随着输出角度的变化而周期性变化的问题，为星上自主通过主用敏感器对太阳敏感器输出误差进行标定和补偿，解决了太阳敏感器进行姿态测量时带来的误差问题，提高了太阳敏感器测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳敏感器的高阶误差补偿方法，属于卫星控制技术领域。
背景技术
目前编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，通过地面计算编码式太阳敏感器细码光学衍射误差并建立编码式太阳敏感器细码误差补偿的统一数学模型；建立误差标定系统，获得编码式太阳敏感器各角度下的标定点数据；然后将标定点数据分别代入数学模型中，得到数学模型的参数值。但该方法主要存在的主要问题：1)增加了地面太阳敏感器标定的工作量；2)对于在轨卫星，不适用于此种地面的太阳敏感器标定方法。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种太阳敏感器的高阶误差补偿方法，在目前以信息融合进行姿态解算为背景下的卫星控制分系统，由星上自主通过主用敏感器对太阳敏感器输出误差进行标定和补偿，解决了太阳敏感器进行姿态测量时带来的误差问题。
本发明的技术方案是：
一种太阳敏感器的高阶误差补偿方法，包括步骤如下：
1)根据卫星姿态信息，确定n个轨道位置对应的太阳敏感器的标称在轴角α，分别获得每个太阳敏感器的标称在轴角α对应的太阳敏感器输出的在轴角α′，对应获得n个所述太阳敏感器输出的在轴角α′；其中，n为大于或等于5的正整数；所述太阳敏感器的标称在轴角α和对应的太阳敏感器输出的在轴角α′获取时刻对应同一个卫星运行时刻；
2)根据步骤1)确定的所述n个太阳敏感器的标称在轴角α和n个太阳敏感器输出的在轴角α′，构造线性回归模型，根据所述线性回归模型，确定太阳敏感器的误差系数；
3)根据步骤2)构造的所述线性回归模型，确定太阳敏感器的误差系数；
4)利用步骤3)确定的所述太阳敏感器的误差系数，对太阳敏感器输出的在轴角α′进行补偿，获得补偿后的在轴角
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明通过对太阳敏感器的细码误差进行补偿，可以自主实现对太阳敏感器的标定，解决了由于太阳敏感器的自身特性而带来的输出角度误差周期性变化的问题。避免当星上使用太阳敏感器时对星上的定姿结果造成影响。同时可推广至同类使用太阳敏感器进行信息融合姿态测量的卫星控制分系统过程设计。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为编码式太阳敏感器示意图；
图3为太阳敏感器坐标系示意图。
具体实施方式
本发明一种自主对太阳敏感器的高阶误差补偿方法，通过对太阳敏感器的细码误差进行补偿，可以自主实现对太阳敏感器的标定。解决了太阳敏感器自身存在输出角度误差随着输出角度的变化而周期性变化的问题，星上自主通过主用敏感器对太阳敏感器输出误差进行标定和补偿，以解决太阳敏感器进行姿态测量时带来的误差问题，提高太阳敏感器测量精度。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。
本发明一种自主对太阳敏感器的高阶误差补偿方法，如图1所示，包括步骤如下：
1)根据卫星姿态信息，确定n个轨道位置对应的太阳敏感器的标称在轴角α，分别获得每个太阳敏感器的标称在轴角α对应的太阳敏感器输出的在轴角α′，对应获得n个所述太阳敏感器输出的在轴角α′；其中，n为大于或等于5的正整数；所述太阳敏感器的标称在轴角α和对应的太阳敏感器输出的在轴角α′获取时刻对应同一个卫星运行时刻；所述太阳敏感器输出的在轴角α′是太阳敏感器测量得到的太阳光线与卫星某一指定轴之间的夹角。
2)根据步骤1)确定的所述n个太阳敏感器的标称在轴角α和n个太阳敏感器输出的在轴角α′，构造线性回归模型，根据所述线性回归模型，确定太阳敏感器的误差系数；
3)根据使用最小二乘方法求解步骤2)构造的所述线性回归模型，确定太阳敏感器的误差系数；
4)利用步骤3)确定的所述太阳敏感器的误差系数，对太阳敏感器输出的在轴角α′进行补偿，获得补偿后的太阳敏感器测量角
步骤1)所述根据卫星姿态信息，确定太阳敏感器的标称在轴角的方法，具体包括步骤如下：
11)根据卫星姿态信息，确定太阳矢量在太阳敏感器坐标系中的投影Ss＝Csb*Cbi*Si；
其中，Si为太阳矢量在地心赤道惯性坐标系中的投影，Cbi为卫星本体系相对于地心赤道惯性坐标系的方向余弦阵，Csb为太阳敏感器安装矩阵，即太阳敏感器坐标系相对于卫星本体系的方向余弦阵；
12)根据步骤11)确定的所述太阳矢量在太阳敏感器坐标系中的投影Ss，确定太阳敏感器的标称在轴角α，具体为；
其中z为Ss投影到太阳敏感器坐标系的Z轴上的分量，x为Ss投影到太阳敏感器坐标系的X轴上的分量，α表示太阳敏感器坐标系的XOZ平面内，从X轴正向逆时针旋转到点(x，z)对应的旋转角度，所述逆时针定义为由X轴正向转向Z轴正向的方向；，α的单位为度。如图2所示，编码式太阳敏感器坐标系的定义为：以码盘几何中心为坐标原点O；X轴垂直于码盘平面，X轴的正向由码盘中心指向柱面镜中心光缝，在OYZ平面上垂直OY排列码道，Y轴正向由码盘内第一监视码指向码盘内第二监视码，Z轴与X轴、Y轴垂直构成右手直角坐标系。即如图3所示，以太阳敏感器的码盘法向作为X轴，X轴的正向由码盘指向狭缝，Y轴沿狭缝正方向，狭缝正方向在太阳敏感器生产时确定，Z轴与X轴、Y轴垂直构成右手直角坐标系。
步骤2)所述构造线性回归模型y＝k·x，具体为：
y＝α-α′，k＝[a0 a1 b1 a2 b2]T，
x＝[1 sin(720α′) cos(720α′) sin(1440α′) cos(1440α′)]T，
即，
其中，α′为太阳敏感器输出的在轴角，单位为度，[a0 a1 b1 a2 b2]为太阳敏感器的误差系数。
步骤4)所述对太阳敏感器输出的在轴角α′进行补偿，具体为：
其中，
为经过高阶误差补偿后的太阳敏感器测量角，单位为度。
实施例
当前星上使用星敏感器和太阳敏感器进行姿态测量；
1、通过星敏感器对太阳敏感器的在轴角进行补偿：
11)完成太阳矢量在太阳敏感器坐标系中的投影Ss＝Csb*Cbi*Si；
其中，Si为太阳矢量在地心赤道惯性坐标系中的投影，Cbi为卫星本体系相对于地心赤道惯性坐标系的方向余弦阵，Csb为太阳敏感器安装矩阵即，太阳敏感器坐标系相对于卫星本体系的方向余弦阵；
12)根据步骤11)确定的所述太阳矢量在太阳敏感器坐标系中的投影Ss，可得太阳敏感器的标称在轴角α：
α＝atan(z/x)＝atan(0/1)＝0；
2、根据一种太阳敏感器的高阶误差补偿方法，依据步骤：
21)根据卫星姿态信息，获得5个太阳敏感器输出的在轴角α′；
α′＝[-0.2,-0.1,0,0.1,0.2]′；
根据此5个轨道位置，确定5个轨道位置对应的每个太阳敏感器的标称在轴角α；
α＝[0.3000,0.3775,0.7490,0.3510,0.7225]'；
22)根据步骤21)确定的所述5个太阳敏感器的标称在轴角α和5个太阳敏感器输出的在轴角α′，构造线性回归模型，根据所述线性回归模型y＝k·x，具体为：y＝α-α′，即，α-α′＝[0.5000,0.4775,0.7490,0.2510,0.5225]'；
23)使用最小二乘方法求解步骤22)构造的线性回归模型，具体为：
y＝α-α′，k＝[a0 a1 b1 a2 b2]T，
x＝[1 sin(720α′) cos(720α′) sin(1440α′) cos(1440α′)]T，
即，
k＝[a0 a1 b1 a2 b2]T为太阳敏感器的误差系数；将上述步骤21)22)带入步骤23)，解算误差系数k＝[0.5000 -0.0809 0.0588 -0.0618 0.1902]T。
24)根据上述步骤23)对所述太阳敏感器在轴角α′进行补偿，若此时太阳敏感器输出在轴角度为α′＝0.4；
利用高阶误差补偿算法：
其中，
为经过高阶误差补偿后的太阳敏感器测量角，单位为度。
利用解算的误差系数，可得补偿后的太阳敏感器在轴测量角：
上例说明，通过对太阳敏感器的高阶误差进行补偿的方法，可以自主实现对太阳敏感器的标定。解决了太阳敏感器自身存在输出角度误差随着输出角度的变化而周期性变化的问题，提高了太阳敏感器测量精度。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (2)
1.一种太阳敏感器的高阶误差补偿方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)根据卫星姿态信息，确定n个轨道位置对应的太阳敏感器的标称在轴角α，分别获得每个太阳敏感器的标称在轴角α对应的太阳敏感器输出的在轴角α′，对应获得n个所述太阳敏感器输出的在轴角α′；其中，n为大于或等于5的正整数；所述太阳敏感器的标称在轴角α和对应的太阳敏感器输出的在轴角α′获取时刻对应同一个卫星运行时刻；
2)根据步骤1)确定的所述n个太阳敏感器的标称在轴角α和n个太阳敏感器输出的在轴角α′，构造线性回归模型；
3)根据步骤2)构造的所述线性回归模型，确定太阳敏感器的误差系数；
4)利用步骤3)确定的所述太阳敏感器的误差系数，对太阳敏感器输出的在轴角α′进行补偿，获得补偿后的在轴角
步骤2)所述构造线性回归模型，具体如下：
其中，[a0 a1 b1 a2 b2]为太阳敏感器的误差系数；
步骤4)所述对太阳敏感器输出的在轴角α′进行补偿，具体为：
2.根据权利要求1所述的一种太阳敏感器的高阶误差补偿方法，其特征在于，步骤1)所述根据卫星姿态信息，确定太阳敏感器的标称在轴角的方法，具体包括步骤如下：
11)根据卫星姿态信息，确定太阳矢量在太阳敏感器坐标系中的投影Ss＝Csb*Cbi*Si；
其中，Si为太阳矢量在地心赤道惯性坐标系中的投影，Cbi为卫星本体系相对于地心赤道惯性坐标系的方向余弦阵，Csb为太阳敏感器安装矩阵；
12)根据步骤11)确定的所述太阳矢量在太阳敏感器坐标系中的投影Ss，确定太阳敏感器的标称在轴角α，具体为；
其中，z为Ss投影到太阳敏感器坐标系的Z轴上的分量，x为Ss投影到太阳敏感器坐标系的X轴上的分量，太阳敏感器坐标系的定义为：以码盘几何中心为坐标原点O；X轴垂直于码盘平面，X轴的正向由码盘中心指向柱面镜中心光缝，Y轴正向由码盘内第一监视码指向码盘内第二监视码，Z轴与X轴、Y轴垂直构成右手直角坐标系。
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