CN113109853B - 基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法及系统，包括如下步骤：数据采集步骤：对高频测量数据和低频测量数据进行采集处理；信息交互步骤：高频处理器和低频处理器之间信息交互；计算输出步骤：稳态工作模式下时，采用低频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出；任务工作模式下时，采用高频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出。本发明的积极进步效果在于，本发明通过这种双频率双模式的切换控制方法，使得一台姿轨控计算机能适应不同任务模式的卫星姿态变频计算输出控制需求，节省卫星重量和功耗等各项资源，解决计算机固有硬件能力的局限。

Description

基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星领域，具体地，涉及一种基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法及系统。
背景技术
未来卫星在轨任务多变，对姿轨控的计算输出能力也提出了更高的要求，但是鉴于目前星上使用的计算机硬件单机能力的限制，庞大软件计算量和高频率计算输出往往无法都得到满足，因此本发明为解决这一矛盾的，实现了在一台姿轨控计算机上，完成不同模式下进行双频率计算输出，从而规避了目前硬件单机的局限。同时，也解决了卫星姿轨控分系统在轨稳态运行工作模式和在轨任务运行工作模式这种双模式下的卫星姿态变频率计算输出。
现有技术为CN201520841526.2的实用新型专利公开了一种双频控制器，青岛博利尔机械设备有限公司，张明亮，不同于该方案是对电机的变频控制，本专利是对卫星姿控系统的控制；相关论文有《一种GPS双频多天线姿态测量方法》，遥测遥控，刊期2011，32(3)，北京遥测技术研究所，赵晓峰，不同于该论文是GPS不同频点的导航星信息采集，本专利是不同频率姿态数据的信息采集。
卫星姿轨控分系统在稳态工作模式下，主要完成姿态确定、姿态机动和指向控制的功能，这些功能一般不要求高频率计算输出，只需要2到10HZ低频解算输出即可。但卫星在轨工作会涉及一些特殊任务模式，在该任务模式下，卫星姿轨控分系统需要基于高频测量数据输入，实现50HZ以上高频解算输出。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法及系统。
根据本发明提供的一种基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法，包括如下步骤：
数据采集步骤：对高频测量数据和低频测量数据进行采集处理；
信息交互步骤：高频处理器和低频处理器之间信息交互；
计算输出步骤：稳态工作模式下时，采用低频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出；任务工作模式下时，采用高频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出。
优选地，高频测量数据来源于光纤陀螺，光纤陀螺以50HZ的通信频率将测量数据与高频处理器的通信模块进行信息交互；
低频测量数据来源于星敏感器，星敏感器以10HZ的通信频率将测量数据与低频处理器的通信模块进行信息交互。
优选地，高频处理器和低频处理器通过串行总线信息交互，串行总线通信协议符合卫星既定的串行通信协议。
优选地，低频姿态计算方法为：通过星敏感器与光纤陀螺的测量数据进行扩展卡尔曼滤波，得到系统当前姿态角以及姿态四元数估计。
优选地，高频姿态计算方法为：将先验修正值补偿到陀螺积分上，以修正后的陀螺积分进行姿态确定，每个控制节拍内姿态预估采用上一拍陀螺角速度进行姿态积分。
根据本发明提供的一种基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出系统，包括如下模块：
数据采集模块：对高频测量数据和低频测量数据进行采集处理；
信息交互模块：高频处理器和低频处理器之间信息交互；
计算输出模块：稳态工作模式下时，采用低频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出；任务工作模式下时，采用高频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出。
优选地，高频测量数据来源于光纤陀螺，光纤陀螺以50HZ的通信频率将测量数据与高频处理器的通信模块进行信息交互；
低频测量数据来源于星敏感器，星敏感器以10HZ的通信频率将测量数据与低频处理器的通信模块进行信息交互。
优选地，高频处理器和低频处理器通过串行总线信息交互，串行总线通信协议符合卫星既定的串行通信协议。
优选地，低频姿态计算方法为：通过星敏感器与光纤陀螺的测量数据进行扩展卡尔曼滤波，得到系统当前姿态角以及姿态四元数估计。
优选地，高频姿态计算方法为：将先验修正值补偿到陀螺积分上，以修正后的陀螺积分进行姿态确定，每个控制节拍内姿态预估采用上一拍陀螺角速度进行姿态积分。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过双频率双模式的切换控制方法，使得一台姿轨控计算机能适应不同任务模式的卫星姿态变频计算输出控制需求。
2、本发明解决了目前星上使用的计算机硬件单机能力的限制，庞大软件计算量和高频率计算输出往往无法都得到满足的问题，实现在不同模式下进行卫星姿态双频率计算输出。
3、本发明节省卫星重量和功耗等各项资源，解决计算机固有硬件能力的局限。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法的步骤流程图。
图2为双频率双模式姿轨控计算机外部信息流图。
图3为双频率双模式姿轨控计算机内部信息流图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
姿轨控计算机的外部主要接口信息如下表1所示：
表1姿轨控计算机主要对外接口信息
Figure BDA0002973607280000031
Figure BDA0002973607280000041
针对目前星上使用的计算机硬件单机能力的限制，庞大软件计算量和高频率计算输出往往无法都得到满足，因此本发明为了解决这一矛盾，实现在不同模式下进行卫星姿态双频率计算输出，从而规避了目前硬件单机的局限，如图1至图3所示，包括如下步骤：
步骤1，高频和低频测量数据的采集处理；
高频测量数据来源于光纤陀螺，光纤陀螺以50HZ的通信频率将测量数据与高频处理器的通信模块进行信息交互。低频测量数据来源于星敏感器，星敏感器以10HZ的通信频率将测量数据与低频处理器的通信模块进行信息交互。
步骤2，高频和低频处理器之间的信息交互；
低频和高频处理器之间的信息交互和指令控制是通过串行总线进行通信，串行总线通信协议符合卫星既定的串行通信协议。
步骤3，稳态工作模式下的低频姿态计算方法；
卫星在稳态运行工作模式下，姿轨控分系统具有低动态的模式特点，可以通过星敏感器与光纤陀螺的测量数据进行扩展卡尔曼滤波，得到系统当前姿态角以及姿态四元数估计。
步骤4，任务工作模式下的高频姿态计算方法。
卫星在任务运行工作模式下，姿轨控分系统具有高动态的模式特点，可以将先验修正值(包括安装误差、非线性误差等参数)补偿到陀螺积分上，以修正后的陀螺积分进行姿态确定，每个控制节拍内姿态预估采用上一拍陀螺角速度进行姿态积分。
本发明还提供一种基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出系统，包括如下模块：数据采集模块：对高频测量数据和低频测量数据进行采集处理；信息交互模块：高频处理器和低频处理器之间信息交互；计算输出模块：稳态工作模式下时，采用低频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出；任务工作模式下时，采用高频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出。
其中，高频测量数据来源于光纤陀螺，光纤陀螺以50HZ的通信频率将测量数据与高频处理器的通信模块进行信息交互；低频测量数据来源于星敏感器，星敏感器以10HZ的通信频率将测量数据与低频处理器的通信模块进行信息交互。高频处理器和低频处理器通过串行总线信息交互，串行总线通信协议符合卫星既定的串行通信协议。低频姿态计算方法为：通过星敏感器与光纤陀螺的测量数据进行扩展卡尔曼滤波，得到系统当前姿态角以及姿态四元数估计。高频姿态计算方法为：将先验修正值补偿到陀螺积分上，以修正后的陀螺积分进行姿态确定，每个控制节拍内姿态预估采用上一拍陀螺角速度进行姿态积分。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法，其特征在于，包括如下步骤：
数据采集步骤：对高频测量数据和低频测量数据进行采集处理；
信息交互步骤：高频处理器和低频处理器之间信息交互；
计算输出步骤：稳态工作模式下时，采用低频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出；任务工作模式下时，采用高频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出；
低频姿态计算方法为：通过星敏感器与光纤陀螺的测量数据进行扩展卡尔曼滤波，得到系统当前姿态角以及姿态四元数估计；
高频姿态计算方法为：将先验修正值补偿到陀螺积分上，以修正后的陀螺积分进行姿态确定，每个控制节拍内姿态预估采用上一拍陀螺角速度进行姿态积分。
2.根据权利要求1所述的基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法，其特征在于，
高频测量数据来源于光纤陀螺，光纤陀螺以50HZ的通信频率将测量数据与高频处理器的通信模块进行信息交互；
低频测量数据来源于星敏感器，星敏感器以10HZ的通信频率将测量数据与低频处理器的通信模块进行信息交互。
3.根据权利要求1所述的基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出方法，其特征在于，高频处理器和低频处理器通过串行总线信息交互，串行总线通信协议符合卫星既定的串行通信协议。
4.一种基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出系统，其特征在于，包括如下模块：
数据采集模块：对高频测量数据和低频测量数据进行采集处理；
信息交互模块：高频处理器和低频处理器之间信息交互；
计算输出模块：稳态工作模式下时，采用低频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出；任务工作模式下时，采用高频姿态计算方法进行卫星姿态双频率计算输出；
低频姿态计算方法为：通过星敏感器与光纤陀螺的测量数据进行扩展卡尔曼滤波，得到系统当前姿态角以及姿态四元数估计；
高频姿态计算方法为：将先验修正值补偿到陀螺积分上，以修正后的陀螺积分进行姿态确定，每个控制节拍内姿态预估采用上一拍陀螺角速度进行姿态积分。
5.根据权利要求4所述的基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出系统，其特征在于，
高频测量数据来源于光纤陀螺，光纤陀螺以50HZ的通信频率将测量数据与高频处理器的通信模块进行信息交互；
低频测量数据来源于星敏感器，星敏感器以10HZ的通信频率将测量数据与低频处理器的通信模块进行信息交互。
6.根据权利要求4所述的基于双频双模设计的卫星姿态变频率计算输出系统，其特征在于，高频处理器和低频处理器通过串行总线信息交互，串行总线通信协议符合卫星既定的串行通信协议。
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