CN111623784B - 多个星敏感器的优先级变更方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多个星敏感器的优先级变更方法及系统，所述多个星敏感器的优先级变更方法包括：步骤一、根据地面提供性能测试结果，按照性能由高至低为所述多个星敏感器进行排序，形成第一序列；步骤二、根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，确定所述多个星敏感器的优先级选择矩阵，并通过所述地面测控站上注所述优先级选择矩阵；步骤三、对所述多个星敏感器进行优先级配置，完成所述优先级选择矩阵的变更；步骤四、按照变更后的优先级选择矩阵，对所述多个星敏感器进行工作状态判定，得到所述多个星敏感器的仲裁结果；步骤五、解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定，使用所述仲裁结果。

Description

多个星敏感器的优先级变更方法及系统

技术领域

本发明涉及航天器姿态确定技术领域，特别涉及一种多个星敏感器的优先级变更方法及系统。

背景技术

随着卫星载荷任务的复杂性和困难性增加，卫星的姿态确定精度要求也随之提高。为了提高卫星的姿态确定精度，卫星配置的星敏感器数量相应增加，带有三个及以上数量的星敏感器的卫星非常普遍。

星上的星敏感器型号不同，性能不同；即便是同一厂家生产的同一型号的星敏感器，性能也存在差异。根据星敏感器的产品性能指标，地面会设定星敏感器的优先级，用于星敏感器的工作状态判定及使用顺序选择。然而卫星进入轨道后，由于空间环境与地面环境之间存在巨大差异，星敏感器的实际性能很有可能发生变化，因此，在轨运行时需要变更星敏感器使用的优先级。

星敏感器的工作状态判定和使用顺序选择与其优先级密切相关，如果不按照实际情况调整星敏感器的优先级，按照原先的优先级进行星敏感器的工作状态判定和使用选择，通过星敏感器确定的卫星姿态精度会受到影响，严重时甚至会导致卫星姿态确定精度达不到任务要求，进而导致任务失败。

目前对这种情况的解决方法是，1)禁用优先级高但性能差的星敏。该方法可以保证使用性能更佳的星敏感器用于定姿，但是禁用星敏后，星上即缺少了一个姿态信息来源，无法实现多星敏信息融合；2)通过上注软件，在软件中对三个星敏的参数重新赋值，但是星敏的数据涉及量大，更改有可能引入新的软件问题。

为了打破传统方法的局限性，消除星敏感器性能变化导致的风险，提高卫星的姿态确定精度，需要一种新的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多个星敏感器的优先级变更方法及系统，以解决现有的星敏感器优先级变更导致其具有性能变化风险的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多个星敏感器的优先级变更方法，所述多个星敏感器的优先级变更方法包括：

步骤一、根据地面提供性能测试结果，按照性能由高至低为所述多个星敏感器进行排序，形成第一序列；

步骤二、根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，确定所述多个星敏感器的优先级选择矩阵，并通过所述地面测控站上注所述优先级选择矩阵；

步骤三、对所述多个星敏感器进行优先级配置，完成优先级的变更；

步骤四、按照变更后的优先级，对所述多个星敏感器进行工作状态判定，得到所述多个星敏感器的仲裁结果；

步骤五、解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定，使用所述仲裁结果。

可选的，在所述的多个星敏感器的优先级变更方法中，步骤一中获取的所述多个星敏感器的信息包括：

所述多个星敏感器的自身有效标志、所述多个星敏感器的确定的惯性系定姿四元数、所述多个星敏感器的确定的卫星本体坐标系太阳矢量，以及所述多个星敏感器的确定的卫星本体坐标系地磁矢量。

可选的，在所述的多个星敏感器的优先级变更方法中，所述步骤二中的优先级选择矩阵R_{star_prior}默认为单位矩阵：

所述优先级选择矩阵的R_{star_prior}的第n行向量代表第n个星敏感器的优先级权重，根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，调换所述优先级选择矩阵的行向量实现所述多个星敏感器的优先级的变更。

可选的，在所述的多个星敏感器的优先级变更方法中，对所述多个星敏感器进行优先级配置包括：

为变更优先级之后的星敏感器的自身有效性映射；

为变更优先级之后的星敏感器确定的惯性系定姿四元数映射；

为自身有效标志矩阵；

为惯性系定姿四元数矩阵；

所述自身有效标志矩阵为所述多个星敏感器的自身有效标志按所述第一序列形成的单列矩阵；

所述惯性系定姿四元数矩阵为所述多个星敏感器的惯性系定姿四元数按所述第一序列形成的单列矩阵。

可选的，在所述的多个星敏感器的优先级变更方法中，所述步骤四还包括：通过星敏感器互判和/或与其它敏感器互比，以仲裁所述多个星敏感器的工作状态，得到变更优先级之后的星敏感器的仲裁状态映射：

可选的，在所述的多个星敏感器的优先级变更方法中，解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定包括：

所述仲裁结果为：

可选的，在所述的多个星敏感器的优先级变更方法中，

使用所述仲裁结果包括：

单星敏感器输出选择：

若StarS_{A_ZC_state}＝1，则SingleStarUse＝1，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starA}；

否则，若StarS_{B_ZC_state}＝1，SingleStarUse＝2，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starB}；

否则，若StarS_{C_ZC_state}＝1，则SingleStarUse＝3，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starC}；

…

否则，若StarS_{N_ZC_state}＝1，则SingleStarUse＝n，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starN}；

否则，SingleStarUse＝0，Q_{bi_st}保持。

其中，SingleStarUse为单星敏感器使用状态字，Qbi_st为由星敏感器确认的四元数。

本发明还提供一种多个星敏感器的优先级变更系统，所述多个星敏感器的优先级变更系统包括：

排序模块，被配置为根据地面提供性能测试结果，按照性能由高至低为所述多个星敏感器进行排序，形成第一序列；

优先级选择矩阵模块，被配置为根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，确定所述多个星敏感器的优先级选择矩阵，并通过所述地面测控站上注所述优先级选择矩阵；

优先级变更模块，被配置为对所述多个星敏感器进行优先级配置，完成优先级的变更；

仲裁模块，被配置为按照变更后的优先级，对所述多个星敏感器进行工作状态判定，得到所述多个星敏感器的仲裁结果；

输出模块，被配置为解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定，使用所述仲裁结果。

在本发明提供的多个星敏感器的优先级变更方法及系统中，通过根据地面提供性能测试结果，按照性能由高至低为所述多个星敏感器进行排序，形成第一序列，根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，确定所述多个星敏感器的优先级选择矩阵，并通过所述地面测控站上注所述优先级选择矩阵，对所述多个星敏感器进行优先级配置，完成优先级的变更，按照变更后的优先级，对所述多个星敏感器进行工作状态判定，得到所述多个星敏感器的仲裁结果，解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定，使用所述仲裁结果，可以显著降低由于星上星敏感器实际性能与地面预计性能存在差别而引入的影响，提高卫星的姿态确定精度；本发明只需通过星务上注星敏感器优先级选择矩阵即可，方法简单有效，实现成本低，便于工程实现。

附图说明

图1是本发明一实施例多个星敏感器的优先级变更方法示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的多个星敏感器的优先级变更方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种多个星敏感器的优先级变更方法及系统，以解决现有的星敏感器优先级变更导致其具有性能变化风险的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种多个星敏感器的优先级变更方法及系统，所述多个星敏感器的优先级变更方法包括：步骤一、根据地面提供性能测试结果，按照性能由高至低为所述多个星敏感器进行排序，形成第一序列；步骤二、根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，确定所述多个星敏感器的优先级选择矩阵，并通过所述地面测控站上注所述优先级选择矩阵；步骤三、对所述多个星敏感器进行优先级配置，完成优先级的变更；步骤四、按照变更后的优先级，对所述多个星敏感器进行工作状态判定，得到所述多个星敏感器的仲裁结果；步骤五、解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定，使用所述仲裁结果。

<实施例一>

本实施例提供一种变更优先级的三星敏感器使用方法，通过该方法，可以显著降低由于星上星敏感器实际性能与地面预计性能存在差别而引入的影响，提高卫星的姿态确定精度。

本方法包括下列步骤：

步骤一、按照地面判断三个星敏感器(星敏感器的数量可以按需求增减，本实施例以三个星敏感器为例说明)的性能，性能由高至低设置为星敏感器A、星敏感器B、星敏感器C。并获取三星敏感器的信息；

步骤二、根据三个星敏感器的在轨实际性能，确定星敏优先级选择矩阵R_{star_prior}，并通过地面上注该矩阵；

步骤三、进行星敏感器优先级配置；

步骤四、按照变更后的优先级，进行三星敏感器工作状态判定，得到三星敏感器的仲裁结果；

步骤五、解除优先级变更，输出真实星敏工作状态判定和使用选择结果。

进一步，所述步骤一中需要获取的三星敏感器的信息包括：三星敏感器的自身有效标志StarS_A_state、StarS_B_state、StarS_C_state；三星敏感器确定的惯性系定姿四元数Q_{bi_starA}、Q_{bi_starB}、Q_{bi_starC}；三星敏感器确定的卫星本体坐标系太阳矢量S_{b_starA}、S_{b_starB}、S_{b_starC}；三星敏感器确定的卫星本体坐标系地磁矢量B_{b_starA}、B_{b_starB}、B_{b_starC}。

进一步，所述步骤二中星敏优先级选择矩阵R_{star_prior}默认为

矩阵的R_{star_prior}的第n行向量代表第n个星敏的优先级权重，根据三星敏感器在轨实际性能，通过调换矩阵的行向量实现星敏优先级的变更，确定星敏优先级选择矩阵。

进一步，进行星敏感器优先级配置：

上式中，

为变更优先级之后的星敏感器的自身有效性映射；

为变更优先级之后的星敏感器确定的惯性系定姿四元数映射。

进一步，本发明解除优先级变更，输出真实星敏工作状态判定和使用选择结果：

进一步，步骤五中，星敏感器使用选择按照如下原则：

单星敏输出选择

若StarS_{A_ZC_state}＝1，则SingleStarUse＝1，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starA}；

否则，若StarS_{B_ZC_state}＝1，SingleStarUse＝2，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starB}；

否则，若StarS_{C_ZC_state}＝1，则SingleStarUse＝3，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starC}；

否则，SingleStarUse＝0，Q_{bi_st}保持。

其中，SingleStarUse为单星敏感器使用状态字，Qbi_st为由星敏感器确认的四元数。

某型号卫星，配置三台星敏感器，生产厂家各不相同。

步骤一、根据三台星敏感器的性能指标及地面测试结果，按照性能由高至低的顺序设置为星敏感器A、星敏感器B、星敏感器C。

获取三星敏感器的信息，包括：三星敏感器的自身有效标志 StarS_A_state＝1、StarS_B_state＝1、StarS_C_state＝1；三星敏感器确定的惯性系定姿四元数Q_{bi_starA}、Q_{bi_starB}、Q_{bi_starC}；三星敏感器确定的卫星本体坐标系太阳矢量S_{b_starA}、S_{b_starB}、S_{b_starC}；三星敏感器确定的卫星本体坐标系地磁矢量B_{b_starA}、B_{b_starB}、B_{b_starC}。

步骤二、卫星进入轨道正常运行后，通过数据分析，得到三个星敏感器的在轨实际性能为星敏感器B>星敏感器A>星敏感器C。

由此可以确定星敏优先级选择矩阵：

并通过地面上注该矩阵。

步骤三、进行星敏感器优先级配置：

上式中，

为变更优先级之后的星敏感器的自身有效性映射；

为变更优先级之后的星敏感器确定的惯性系定姿四元数映射。

步骤四、按照变更后的优先级，进行三星敏感器工作状态判定，得到三星敏感器的仲裁结果。

据此得到三星敏感器的仲裁结果：

步骤五、解除优先级变更，输出真实星敏工作状态判定和使用选择结果。

单星敏输出选择：SingleStarUse＝2，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starB}；

本实施例还提供一种多个星敏感器的优先级变更系统，所述多个星敏感器的优先级变更系统包括：排序模块，被配置为根据地面提供的优先级测试结果判断多个星敏感器的性能，按照性能由高至低为所述多个星敏感器进行排序，形成第一序列，并获取所述多个星敏感器的信息；优先级选择矩阵模块，被配置为根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，确定所述多个星敏感器的优先级选择矩阵，并通过所述地面测控站上注所述优先级选择矩阵；优先级变更模块，被配置为对所述多个星敏感器进行优先级配置，完成优先级的变更；仲裁模块，被配置为按照变更后的优先级，对所述多个星敏感器进行工作状态判定，得到所述多个星敏感器的仲裁结果；输出模块，被配置为解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定，使用所述仲裁结果。

本发明至少具有下列有益效果：(1)本发明可以显著降低由于星上星敏感器实际性能与地面预计性能存在差别而引入的影响，提高卫星的姿态确定精度；(2)本发明只需通过星务上注星敏感器优先级矩阵即可，方法简单有效，实现成本低，便于工程实现。

综上，上述实施例对多个星敏感器的优先级变更方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种多个星敏感器的优先级变更方法，其特征在于，所述多个星敏感器的优先级变更方法包括：

步骤一、根据地面提供性能测试结果，按照性能由高至低为所述多个星敏感器进行排序，形成第一序列；

步骤二、根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，确定所述多个星敏感器的优先级选择矩阵，并通过所述地面测控站上注所述优先级选择矩阵；

步骤三、对所述多个星敏感器进行优先级配置，完成优先级的变更；

步骤四、按照变更后的优先级，对所述多个星敏感器进行工作状态判定，得到所述多个星敏感器的仲裁结果；

步骤五、解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定，使用所述仲裁结果。

2.如权利要求1所述的多个星敏感器的优先级变更方法，其特征在于，步骤一中获取的所述多个星敏感器的信息包括：

所述多个星敏感器的自身有效标志、所述多个星敏感器的确定的惯性系定姿四元数、所述多个星敏感器的确定的卫星本体坐标系太阳矢量，以及所述多个星敏感器的确定的卫星本体坐标系地磁矢量。

3.如权利要求2所述的多个星敏感器的优先级变更方法，其特征在于，

所述步骤二中的优先级选择矩阵R_{star_prior}默认为单位矩阵：

所述优先级选择矩阵的R_{star_prior}的第n行向量代表第n个星敏感器的优先级权重，根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，调换所述优先级选择矩阵的行向量实现所述多个星敏感器的优先级的变更。

4.如权利要求3所述的多个星敏感器的优先级变更方法，其特征在于，对所述多个星敏感器进行优先级配置包括：

为变更优先级之后的星敏感器的自身有效性映射；

为变更优先级之后的星敏感器确定的惯性系定姿四元数映射；

为自身有效标志矩阵；

为惯性系定姿四元数矩阵；

所述自身有效标志矩阵为所述多个星敏感器的自身有效标志按所述第一序列形成的单列矩阵；

所述惯性系定姿四元数矩阵为所述多个星敏感器的惯性系定姿四元数按所述第一序列形成的单列矩阵。

5.如权利要求4所述的多个星敏感器的优先级变更方法，其特征在于，所述步骤四还包括：通过星敏感器互判和/或与其它敏感器互比，以仲裁所述多个星敏感器的工作状态，得到变更优先级之后的星敏感器的仲裁状态映射：

6.如权利要求5所述的多个星敏感器的优先级变更方法，其特征在于，解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定包括：

所述仲裁结果为：

7.如权利要求6所述的多个星敏感器的优先级变更方法，其特征在于，

使用所述仲裁结果包括：

若StarS_{A_ZC_state}＝1，则SingleStarUse＝1，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starA}；

否则，若StarS_{B_ZC_state}＝1，SingleStarUse＝2，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starB}；

否则，若StarS_{C_ZC_state}＝1，则SingleStarUse＝3，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starC}；

…

否则，若StarS_{N_ZC_state}＝1，则SingleStarUse＝n，Q_{bi_st}＝Q_{bi_starN}；

否则，SingleStarUse＝0，Q_{bi_st}保持；

其中，SingleStarUse为单星敏感器使用状态字，Qbi_st为由星敏感器确认的四元数。

8.一种多个星敏感器的优先级变更系统，其特征在于，所述多个星敏感器的优先级变更系统包括：

排序模块，被配置为根据地面提供性能测试结果，按照性能由高至低为所述多个星敏感器进行排序，形成第一序列；

优先级选择矩阵模块，被配置为根据所述多个星敏感器的在轨实际性能，确定所述多个星敏感器的优先级选择矩阵，并通过所述地面测控站上注所述优先级选择矩阵；

优先级变更模块，被配置为对所述多个星敏感器进行优先级配置，完成优先级的变更；

仲裁模块，被配置为按照变更后的优先级，对所述多个星敏感器进行工作状态判定，得到所述多个星敏感器的仲裁结果；

输出模块，被配置为解除优先级变更，输出所述多个星敏感器的真实工作状态判定，使用所述仲裁结果。

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