一種基于空間轉(zhuǎn)換的星敏感器精度測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種星敏感器精度測試技術(shù)，具體是一種基于空間轉(zhuǎn)換的星敏感器精 度測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器作為空間飛行器的重要姿態(tài)敏感器，其測量精度直接決定了在軌姿態(tài)確 定的精度，對姿態(tài)確定精度要求較高的空間飛行器則尤為重要。而實(shí)際在軌飛行的星敏感 器由于平臺變形、環(huán)境等因素的影響，使得在軌對星敏感器的精度評估變得困難。因此，在 地面對星敏感器精度進(jìn)行評估則是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作。現(xiàn)有技術(shù)主要通過單星定位精 度、光星模擬器以及外場觀星對星敏感器精度進(jìn)行評估。其中，單星定位精度無法評價(jià)星敏 感器自身的星圖識別與匹配的精度，只能作為一種預(yù)估的手段。光星模擬器由于星點(diǎn)的光 譜范圍、星等和位置等與真實(shí)星空均存在一定的差別，因此也不能真實(shí)地對星敏感器精度 進(jìn)行測試。而外場觀星測試中，普遍使用的是將姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，并以擬合值作為真 實(shí)值對星敏精度進(jìn)行測試，擬合效果無法評論，星敏真實(shí)精度因此較難獲得。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了 了一種基于空間轉(zhuǎn)換的星敏感器精度測試 方法，利用外場觀星條件下相對穩(wěn)定的地速條件，為星敏感器建立相對穩(wěn)定的工作平臺，將 動(dòng)靜空間進(jìn)行相對變換，并利用外場觀星條件下的真實(shí)星空，從而真實(shí)地對星敏感器精度 進(jìn)行測試。
[0004] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種基于空間轉(zhuǎn)換的星敏感器精度測試 方法，包括如下步驟：
[0005] S1、根據(jù)星敏感器數(shù)據(jù)Q(tn)計(jì)算星敏感器的運(yùn)動(dòng)角速度ω，并利用外場觀星的數(shù) 據(jù)，并對所得角速度ω進(jìn)行平滑，得到星敏感器轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；
[0006] S2、將星敏感器以所得的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)拍圖輸出的四元數(shù)數(shù)據(jù)Q(tn)轉(zhuǎn)換 為相對to時(shí)刻靜態(tài)拍圖的四元數(shù)數(shù)據(jù)Q(tn_t〇);
[0007] S3、根據(jù)所得的靜態(tài)拍圖的四元數(shù)數(shù)據(jù)Q(tn-t〇)，通過矢量空間轉(zhuǎn)換，分別獲得星 敏感器測量坐標(biāo)系三軸單位矢量VX= (1，0，0)、VY= (0，1，0)、VZ= (0，0，1)在J2000慣性系下 的單位矢量VXj2_(tn)、VYj2QQ()(tn)、Vzj2QQ()(t n);
[0008] S4、分別計(jì)算 J2000 慣性系下單位矢量 Vxj2QQ()(tn)、VYJ2QQ()(tn)、Vzj2QQ()(tn)的平均矢 MVxnooa n Υγποοο：、Vz.i2〇so ;
[0009] S5、以平均矢量作為星敏感器to時(shí)刻下三軸矢量在J2000系下的真實(shí)矢量，計(jì)算真 實(shí)矢量與平均矢量之間的矢量夾角％(tn)、θγ(?η)、θζ(?η)，并根據(jù)矢量夾角θχ(?η)、θγ(?η)、θζ (tn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對星敏感器精度進(jìn)行測試。
[0010]其中，所述星敏感器的運(yùn)動(dòng)角度ω通過以下公式計(jì)算：
[0011] W = 2((V(U? 你,Mi)-[0 0 0 1]7)/Δ/,;. ?
[0012] 式中：Q(tn)為星每j[感器數(shù)據(jù)，Δ tn = tn+i-tn，ω =( ωχ, ωγ, ωζ,0)，ig)_為四元數(shù)相 乘。
[0013] 其中，所述步驟S2中將星敏感器四元數(shù)Q(tn)轉(zhuǎn)換為t0時(shí)刻的四元數(shù)Q(t n-to)的計(jì) 算公式為：
[0014] Q{lii-t,)^QUi!)?\() \t"-〇
[0015] 式中，AQ(tn-to)轉(zhuǎn)換矩陣四元數(shù)，計(jì)算公式為：
[0016] Δ Q(tn-to) =Q( ω (tn-to))
[0017] = [ ω x/ I I ω I I sin( I I ω I I (tn_to)/2) ωγ/ I I ω I I sin( I I ω I I (tn_to)/2) ω z/ I I ω | |sin(I I ω I I (tn-to)/2)cos(I I ω I I (tn-to)/2)]T。
[0018] 其中，所述步驟S3中星敏感器測量坐標(biāo)系三軸單位矢量在J2000慣性系下的矢量 四元數(shù)計(jì)算公式如下：
[0019] Q(V、_(iB)) = _s -i0)(8[l000f 00-心)
[0020] 0(^.,^(/,,)) = 0(^-/,,)0(0 10()]7 '?η-?,Λ)
[0021] Q(VVl：t,)1：!α")) = ρα, 1 0.V ?Q !^"
[0022] 以上矢量四元數(shù)的前三列即為每個(gè)軸的矢量表達(dá)式。
[0023] 其中，所述步驟S4中，J2000慣性系下單位矢量Vxj2_(tn)、VYJ2_(tn)、Vzj2QQ()(tn)的 平均矢里·ν.χΗ〇ο.() s Vyi2〇o.() s Vznoro的計(jì)算公式如下： η
[0024] -- - 幻 20()0 n
[0025] ---ξυ) YU' n n
[0026] --- mm n
[0027] 其中，所述步驟S5中星敏感器每個(gè)軸向量在J2000系下的向量夾角通過以下公式 計(jì)算：
[0028] AcmgX(n) =-- arccos(Vvl：；0!1()(/(i) · )
[0029] AangY(n) = arGC〇s(VYI2〇(!0(/") · V, ?2000)
[0030] AcmgZ(n) ^ arccos(V/J:,)OI)(/") · V/l：0〇(l)
[0031]其中，可以通過對Δ angX、Δ angY、Δ angZ的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析出星敏感器三軸姿態(tài)的 測量精度。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 利用外場觀星條件下相對穩(wěn)定的地速條件以及真實(shí)星空，將星敏感器拍圖方式進(jìn) 行動(dòng)靜空間相對變換，并通過計(jì)算矢量夾角的方法測試星敏感器的精度，克服了現(xiàn)有技術(shù) 無法模擬真實(shí)星空等缺點(diǎn)，為地面對星敏感器精度測試提供了有效的方法。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種基于空間轉(zhuǎn)換的星敏感器精度測試方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0036] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于空間轉(zhuǎn)換的星敏感器精度測試方法，包 括如下步驟：
[0037] S1、根據(jù)星敏感器數(shù)據(jù)Q(tn)計(jì)算星敏感器的運(yùn)動(dòng)角速度ω，并利用外場觀星的數(shù) 據(jù)，并對所得角速度ω進(jìn)行平滑，得到星敏感器轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；
[0038] 所述星敏感器的運(yùn)動(dòng)角度ω通過以下公式計(jì)算：
[0039] ^ = 0 0 i]')/^^
[0040] 式中：Q(tn)為星敏感器數(shù)據(jù)，Δ tn = tn+i_tn，ω=(ωχ，ωγ，ωζ，〇)，發(fā)為四元數(shù)相 乘。
[0041] S2、將星敏感器以所得的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)拍圖輸出的四元數(shù)數(shù)據(jù)Q(tn)轉(zhuǎn)換 為相對to時(shí)刻靜態(tài)拍圖的四元數(shù)數(shù)據(jù)Q(t n-to);計(jì)算公式為：
[0042] %，)
[0043] 式中，AQ(tn-to)轉(zhuǎn)換矩陣四元數(shù)，計(jì)算公式為：
[0044] Δ Q(tn-to) =Q( ω (tn-to))
[0045] = [ ω