專利名稱：一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，尤其適用于有關(guān)鍵點(diǎn) 或是唯一窗口變軌要求的衛(wèi)星的加速度計(jì)標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
奔月航天器軌控期間需要準(zhǔn)確的加速度計(jì)測(cè)量信息，而加速度計(jì)測(cè)量量本 身包含零位偏差和脈沖當(dāng)量誤差，如不考慮這些偏差將會(huì)對(duì)軌道確定產(chǎn)生誤差。 為保證軌控的準(zhǔn)確性，星上需要對(duì)加速度計(jì)的脈沖當(dāng)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
國外諸多學(xué)者對(duì)CHAMP衛(wèi)星GRACE衛(wèi)星等應(yīng)用的加速度計(jì)標(biāo)定提出了 多種方法，利用能量守恒方法進(jìn)行標(biāo)定最為快捷筒便，另外還有利用軌跡交叉 點(diǎn)進(jìn)行加速度計(jì)標(biāo)定和利用重力場(chǎng)模型進(jìn)行標(biāo)定等方法。這些方法一般考慮同 時(shí)標(biāo)定加速度計(jì)零位偏差和脈沖當(dāng)量誤差，固定一個(gè)參數(shù)，解算另一個(gè)參數(shù)， 這存在較大的耦合作用，有時(shí)不能滿足對(duì)加速度計(jì)標(biāo)定精度要求較高的需求。
目前國內(nèi)沒有對(duì)加速度計(jì)脈沖當(dāng)量進(jìn)行在軌標(biāo)定的方法。使用加速度計(jì)的 衛(wèi)星都是在地面進(jìn)行的加速度計(jì)標(biāo)定的。加速度計(jì)的標(biāo)定通常是在轉(zhuǎn)臺(tái)或分度 頭上進(jìn)行，因而標(biāo)定工作只能在試驗(yàn)室進(jìn)行?？紤]到加速度計(jì)脈沖當(dāng)量隨溫度 和時(shí)間變化，僅在地面標(biāo)定的加速度計(jì)脈沖當(dāng)量是不能準(zhǔn)確反映加速度計(jì)真實(shí) 偏差的。地面進(jìn)行的標(biāo)定只能作為加速度計(jì)脈沖當(dāng)量補(bǔ)償?shù)膮⒖贾担瑢?duì)軌控實(shí) 施精度要求不嚴(yán)的衛(wèi)星比較適用，但對(duì)于月球探測(cè)器一類的軌控窗口要求嚴(yán)格 的衛(wèi)星卻不再適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種利用定軌數(shù)據(jù) 標(biāo)定加速度計(jì)的方法，該方法充分利用試變軌過程中得到的加速度計(jì)脈沖當(dāng)量 結(jié)果對(duì)軌控過程中脈沖當(dāng)量進(jìn)行修正，保證控制精度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，包括 下列步驟
(1 )在衛(wèi)星進(jìn)行試變軌之前，確定加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值，并將速度增 量累計(jì)值初始化為零，加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)初始化為1;
(2) 衛(wèi)星進(jìn)行試變軌，根據(jù)所述步驟(1)中的加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值 和加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)對(duì)加速度計(jì)測(cè)量的加速度進(jìn)行補(bǔ)償，并根據(jù)補(bǔ)償 后的加速度計(jì)測(cè)量值累計(jì)試變勒J(rèn)t程中的速度增量，直至試變軌結(jié)束；
(3) 試變軌結(jié)束后，依據(jù)地面測(cè)定軌后給出的試變軌過程中的速度增量5V 和試變軌過程中的速度增量累計(jì)值，計(jì)算加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)，并將速 度增量累計(jì)值置零；
(4) 在軌控過程中，根據(jù)得到的脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)和步驟(1)中確定的 加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值，對(duì)加速度計(jì)測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償，得到消除脈沖當(dāng)量誤 差和零位偏差的加速度測(cè)量值；
(5) 計(jì)算軌控過程中的速度增量，并將計(jì)算得到的速度增量與軌控前根據(jù) 軌控需要確定的一個(gè)變軌速度增量值進(jìn)行比較，若計(jì)算的速度增量大于軌控前 確定的速度增量值，軌控結(jié)束，否則從步驟(4)開始執(zhí)行直至軌控結(jié)束。
所述步驟(1 )中加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值采用利用恒星定向模式加速度為 零的特點(diǎn)進(jìn)行加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定的方法確定，該方法步驟為
(1 )在星上設(shè)置恒星定向模式，該模式保持衛(wèi)星慣性定向姿態(tài)，星體加速 度為零；
(2) 衛(wèi)星進(jìn)行變軌之前，使衛(wèi)星ii7v恒星定向模式，將初始化為零的速度 增量和時(shí)間增量進(jìn)行累計(jì)，直至恒星定向才莫式結(jié)束；
(3) 根據(jù)恒星定向模式累計(jì)的速度增量和時(shí)間增量，確定加速度計(jì)零位偏 差標(biāo)定值；
(4) 在軌控過程中對(duì)加速度計(jì)零位偏差進(jìn)行補(bǔ)償；
(5) 計(jì)算軌控過程中的速度增量，并將計(jì)算得到的速度增量與軌控前根據(jù) 軌控需要確定的一個(gè)變軌速度增量值進(jìn)行比較，若計(jì)算的速度增量大于軌控前
確定的速度增量值，軌控結(jié)束，否則從步驟(4)開始執(zhí)行直至軌控結(jié)束。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是本發(fā)明由于充分利用了試變軌過程 中得到的加速度計(jì)脈沖當(dāng)量結(jié)果，通過軌控過程中對(duì)加速度計(jì)脈沖當(dāng)量進(jìn)行修 正，與地面事先標(biāo)定方法和現(xiàn)有技術(shù)中利用零位偏差和脈沖當(dāng)量耦合估計(jì)的方 法相比，大大提高了加速度計(jì)脈沖當(dāng)量的準(zhǔn)確度，保證關(guān)鍵軌控點(diǎn)的控制精度。


圖1為本發(fā)明加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定流程圖； 圖2為設(shè)置恒星定向模式流程圖3為利用恒星定向模式對(duì)加速度計(jì)零位偏差進(jìn)行標(biāo)定的方法流程圖4為本發(fā)明試變軌過程中加速度計(jì)速度增量累計(jì)值仿真曲線圖5為本發(fā)明試變軌過程中加速度計(jì)速度增量累計(jì)值仿真曲線局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明方法流程圖，具體步驟如下
(1) 在進(jìn)行試變軌之前，標(biāo)定好加速度計(jì)零位偏差a0，并將加速度計(jì)脈 沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)k初始化為1,加速度計(jì)速度增量累計(jì)值V初始化為零。
(2) 衛(wèi)星進(jìn)行試變軌，計(jì)算試變軌過程中的加速度a, a = k*(v/T)-aO,其 中v為加速度計(jì)在采樣周期T內(nèi)的速度增量，a0為事先標(biāo)定好的加速度計(jì)零位 偏差，記錄試變軌過程中加速度計(jì)速度增量累計(jì)值V, V=V+a*T,試變軌結(jié)束 時(shí)加速度計(jì)速度增量累計(jì)結(jié)束。
(3) 試變軌結(jié)束的同時(shí)地面給出此次試變軌過程中的速度增量5V;依據(jù) 地面給出的試變軌過程中的速度增量5V和試變軌過程中加速度計(jì)速度增量累 計(jì)值V,將二者相比得到加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定值k: k=5V/V，并將速度增量 累計(jì)值置為零。
(4) 衛(wèi)星itA軌控過程，在軌控過程中，根據(jù)在試變軌過程中標(biāo)定的加速
度計(jì)脈沖當(dāng)量系數(shù)k,計(jì)算消除脈沖當(dāng)量誤差和零位偏差的加速度測(cè)量值a: a=k*(v/T)-aO,其中a0為加速度計(jì)零位偏差值標(biāo)定值；aO可以采用利用恒星定 向模式加速度為零的特點(diǎn)進(jìn)行加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定的方法確定，也可以采用 現(xiàn)有技術(shù)中地面加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定方法確定，當(dāng)不對(duì)加速度計(jì)零位偏差進(jìn) 行補(bǔ)償時(shí)可以將a0置為零。經(jīng)過消除脈沖當(dāng)量誤差和零位偏差的加速度測(cè)量 值更能真實(shí)反映衛(wèi)星實(shí)際的加速度信息。
(5 )計(jì)算軌控過程中考慮零位偏差和脈沖當(dāng)量誤差的加速度計(jì)速度增量累 計(jì)值V,計(jì)算公式為V=V+a*T，將加速度計(jì)速度增量累計(jì)值V與軌控前根據(jù)軌 控需要給定的速度增量值進(jìn)行比較，若計(jì)算的速度增量大于軌控前確定的速度 增量值，軌控結(jié)束，否則從衛(wèi)星iiTv軌控過程開始執(zhí)行直至軌控結(jié)束。
如圖2所示，為利用恒星定向模式對(duì)加速度計(jì)零位偏差進(jìn)行標(biāo)定的方法中 設(shè)置恒星定向模式流程圖，首先設(shè)定目標(biāo)姿態(tài)，可將任一慣性姿態(tài)確定為目標(biāo) 姿態(tài)，根據(jù)敏感器輸出確定衛(wèi)星當(dāng)前慣性姿態(tài)，衛(wèi)星當(dāng)前慣性姿態(tài)的確定可參 見文獻(xiàn)《基于星敏感器/光纖陀螺的衛(wèi)星定姿算法》 一文，然后由當(dāng)前慣性姿態(tài) 與目標(biāo)姿態(tài)之差確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制量，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制使得恒星定向才莫式 中的衛(wèi)星姿態(tài)與目標(biāo)姿態(tài)一致，達(dá)到慣性定向的目的。該模式選用的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在控制過程中不對(duì)星體產(chǎn)生加速度，保證恒星定向模式中星體加速度為零，這 些執(zhí)行機(jī)構(gòu)可為動(dòng)量輪，或控制力矩陀螺，或磁力矩器，或者他們的組合；依 靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)角動(dòng)量變化或者能量轉(zhuǎn)換吸收衛(wèi)星干擾力矩對(duì)星體的影響，采用這 些執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制可避免姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣控制，由于該模式中不進(jìn)行姿態(tài)的噴氣 控制，所以可保證衛(wèi)星加速度為零，為加速度計(jì)標(biāo)定提供標(biāo)定條件。
如圖3所示，為利用恒星定向才莫式對(duì)加速度計(jì)零位偏差進(jìn)行標(biāo)定的方法流 程圖，具體步驟如下
(1) 按照?qǐng)D2所示的方法在星上設(shè)置恒星定向模式，該模式保持衛(wèi)星慣 性定向姿態(tài)，星體加速度為零。
(2) 在衛(wèi)星進(jìn)行變軌之前，需要進(jìn)入預(yù)先設(shè)置的恒星定向模式，利用恒星
定向模式中加速度為零的特點(diǎn)，若加速度計(jì)不存在零位偏差，則加速度計(jì)采集 到的速度增量應(yīng)該為零。若加速度計(jì)有零位偏差，通過恒星定向模式中，對(duì)采 集到的速度增量和時(shí)間增量進(jìn)行累計(jì)直至恒星定向模式結(jié)束。
(3) 將加速度計(jì)采集到的速度增量Av的累計(jì)和與釆集的累加時(shí)間At相
比得到這段時(shí)間內(nèi)加速度計(jì)零位偏差的平均值aO,即aO=Av/At， Av、 At在
進(jìn)入恒星定向模式前初始化為0，進(jìn)入恒星定向模式后計(jì)算AV二AV+V, At=A
t+T，其中v為每個(gè)采樣周期T內(nèi)加速度計(jì)輸出的速度增量；將a0作為加速度 計(jì)零位偏差的標(biāo)定結(jié)果。
(4) 在軌控過程前將速度增量V初始化為零，將a0在加速度計(jì)測(cè)量的加 速度中減掉，得到?jīng)]有零位偏差影響的加速度計(jì)測(cè)量值，即a-v/T-a0,消除加 速度計(jì)零位偏差對(duì)軌控精度的影響；
(5) 計(jì)算軌控過程中的速度增量V，即V二V+a^，將計(jì)算得到的V與軌 控前根據(jù)軌控需要給定的速度增量值進(jìn)行比較，若V大于軌控前確定的速度增 量值，軌控結(jié)束，否則從對(duì)加速度計(jì)零位偏差進(jìn)行補(bǔ)償開始直至軌控結(jié)束。
如圖4所示，為本發(fā)明試變軌過程中加速度計(jì)速度增量累計(jì)值仿真曲線圖， 圖5為其最后一秒內(nèi)的局部放大圖；仿真條件為試變軌過程中采用490N軌 控發(fā)動(dòng)機(jī)，其推力為490N，試變軌中衛(wèi)星質(zhì)量為2000kg，試變軌時(shí)間為0s 400s,加速度計(jì)零位偏差實(shí)際值設(shè)為0.05m/s2,脈沖當(dāng)量實(shí)際值設(shè)為1.1,按 照利用恒星定向模式加速度為零的特點(diǎn)進(jìn)行加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定的方法確定 的零位偏差標(biāo)定值a0為0.0498 m/s2，該次軌控中地面給出的衛(wèi)星速度增量5V 為98m/s;從仿真曲線可以得到此次試變軌結(jié)束時(shí)加速度計(jì)速度增量累計(jì)值V 為107.6m/s;則加速度計(jì)脈沖當(dāng)量值標(biāo)定結(jié)果k為k=107.6/98=1.098 加速度計(jì)脈沖當(dāng)量值標(biāo)定結(jié)果k與脈沖當(dāng)量實(shí)際值1.1相比誤差不足2%0,表 明本方法具有^艮高的準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1、一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，其特征在于包括下列步驟(1)在衛(wèi)星進(jìn)行試變軌之前，確定加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值，并將速度增量累計(jì)值初始化為零，加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)初始化為1；(2)衛(wèi)星進(jìn)行試變軌，根據(jù)所述步驟(1)中的加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值和加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)對(duì)加速度計(jì)測(cè)量的加速度進(jìn)行補(bǔ)償，并根據(jù)補(bǔ)償后的加速度計(jì)測(cè)量值累計(jì)試變軌過程中的速度增量，直至試變軌結(jié)束；(3)試變軌結(jié)束后，依據(jù)地面測(cè)定軌后給出的試變軌過程中的速度增量δV和試變軌過程中的速度增量累計(jì)值，計(jì)算加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)，并將速度增量累計(jì)值置零；(4)在軌控過程中，根據(jù)步驟(3)中得到的脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)和步驟(1)中確定的加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值，對(duì)加速度計(jì)測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償，得到消除脈沖當(dāng)量誤差和零位偏差的加速度測(cè)量值；(5)計(jì)算軌控過程中的速度增量，并將計(jì)算得到的速度增量與軌控前根據(jù)軌控需要確定的一個(gè)變軌速度增量值進(jìn)行比較，若計(jì)算的速度增量大于軌控前確定的速度增量值，軌控結(jié)束，否則從步驟(4)開始執(zhí)行直至軌控結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，其特 征在于所述步驟(1 )中加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值采用利用恒星定向模式加速 度為零的特點(diǎn)進(jìn)行加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定的方法確定，該方法步驟為(1 )在星上設(shè)置恒星定向模式，該模式保持衛(wèi)星慣性定向姿態(tài)，星體加速 度為零；(2) 衛(wèi)星進(jìn)行變軌之前，使衛(wèi)星進(jìn)入恒星定向模式，將初始化為零的速度 增量和時(shí)間增量進(jìn)^^累計(jì)，直至恒星定向;f莫式結(jié)束；(3) 根據(jù)恒星定向模式累計(jì)的速度增量和時(shí)間增量，確定加速度計(jì)零位偏 差標(biāo)定值；(4) 在軌控過程中對(duì)加速度計(jì)零位偏差進(jìn)行補(bǔ)償；(5)計(jì)算軌控過程中的速度增量，并將計(jì)算得到的速度增量與軌控前根據(jù) 軌控需要確定的一個(gè)變軌速度增量值進(jìn)行比較，若計(jì)算的速度增量大于軌控前 確定的速度增量值，軌控結(jié)束，否則從步驟(4)開始執(zhí)行直至軌控結(jié)束。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，其特 征在于所述步驟(1 )中的設(shè)置恒星定向模式，首先設(shè)定目標(biāo)姿態(tài)，目標(biāo)姿態(tài) 為任一慣性姿態(tài)，根據(jù)敏感器輸出確定衛(wèi)星當(dāng)前慣性姿態(tài)，然后由當(dāng)前姿態(tài)與 目標(biāo)姿態(tài)之差確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制量，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制使得恒星定向模式中 的衛(wèi)星姿態(tài)與目標(biāo)姿態(tài)一致。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，其特 征在于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制過程中不對(duì)星體產(chǎn)生加速度，保證恒星定向模 式中星體加速度為零。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，其特 征在于所述步驟(3)用恒星定向模式累計(jì)的速度增量除以時(shí)間，得到累計(jì)過 程中的加速度計(jì)零位偏差的平均值，將該平均值作為加速度計(jì)零位偏差的標(biāo)定 值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，其特 征在于所述步驟(4)中的對(duì)加速度計(jì)零位偏差進(jìn)行補(bǔ)償，在軌控過程中，加 速度計(jì)測(cè)量的加速度值通過加速度計(jì)在采樣周期內(nèi)測(cè)量的速度增量除以采樣周 期得到，將加速度計(jì)測(cè)量的加速度值減去加速度計(jì)零位偏差的標(biāo)定值，得到?jīng)] 有零位偏差影響的加速度計(jì)測(cè)量值，消除加速度計(jì)零位偏差對(duì)軌控精度的影響。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，其特 征在于所述步驟(1 )中加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值在不進(jìn)行零位偏差補(bǔ)償時(shí)置 為零。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，其特 征在于所述步驟(1 )中加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值采用地面加速度計(jì)零位偏差 才示定方法確定。
全文摘要
一種利用定軌數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計(jì)的方法，包括下列步驟在衛(wèi)星進(jìn)行試變軌之前，確定加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值，將加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定系數(shù)置為1，試變軌過程中對(duì)加速度計(jì)測(cè)量的加速度進(jìn)行補(bǔ)償，并根據(jù)補(bǔ)償后的加速度計(jì)測(cè)量值累計(jì)試變軌過程中的速度增量；試變軌結(jié)束后，依據(jù)地面測(cè)定軌后給出的試變軌過程中的速度增量δV計(jì)算加速度計(jì)脈沖當(dāng)量標(biāo)定值；在軌控過程中，根據(jù)得到的脈沖當(dāng)量標(biāo)定值和試變軌前確定的加速度計(jì)零位偏差標(biāo)定值，對(duì)加速度計(jì)測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償；計(jì)算軌控過程中的速度增量，將計(jì)算得到的速度增量與軌控前確定的一個(gè)變軌速度增量值進(jìn)行比較，若計(jì)算的速度增量大于軌控前確定的速度增量值，軌控結(jié)束，否則從軌控過程開始執(zhí)行直至結(jié)束。
文檔編號(hào)B64G1/24GK101200221SQ20071030174
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者葉培建, 紅 宗, 李鐵壽, 俊 梁, 武志忠, 寨 王, 王大軼, 王淑一, 冬 韓 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所