本發(fā)明涉及衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定技術，具體涉及一種適用于安裝了三臺及以上星敏感器的衛(wèi)星的基于三星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法和系統(tǒng)。
背景技術：
隨著星載對地觀測任務的擴大，對衛(wèi)星的控制精度、穩(wěn)定度提出了越來越高的要求，特別是對衛(wèi)星的指向精度的要求也越來越高。為了保證衛(wèi)星的指向精度，需要通過高精度的姿態(tài)確定算法來保證衛(wèi)星姿態(tài)解算精度。高精度姿態(tài)確定技術通常采用星敏感器來完成姿態(tài)解算。然而星敏感器姿態(tài)測量誤差在光軸方向較大，在垂直光軸方向較小，在多星敏感器的條件下，可以使用星敏感器垂直光軸的姿態(tài)信息來補償其它星敏感器光軸方向姿態(tài)測量精度的不足，來提高姿態(tài)確定精度。
目前國內的衛(wèi)星姿態(tài)測量系統(tǒng)一般會配置3至4臺星敏感器，但在衛(wèi)星姿態(tài)解算過程中一般引入1臺或者2臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)，并沒有充分利用星上的有效資源，這就需要尋求一種充分整合有效數(shù)據(jù)的方法，提高姿態(tài)確定解算精度。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種基于三星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法和系統(tǒng)，降低星敏感器光軸較大的誤差給姿態(tài)確定帶來的影響，實現(xiàn)高精度的衛(wèi)星三軸姿態(tài)確定。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于三星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特點是，該方法包含：
求取三臺星敏感器的光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的矩陣；
求取三臺星敏感器的光軸矢量在慣性系坐標下的矩陣；
根據(jù)慣性系坐標與衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣，及軌道坐標系對慣性坐標系的轉換矩陣，求取軌道坐標系對衛(wèi)星本體坐標系的姿態(tài)矩陣。
上述求取三臺星敏感器的光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的矩陣包含：
任意三臺光軸矢量兩兩不共線的三個星敏感器在衛(wèi)星本體坐標系下的安裝矩陣分別為Cb1、Cb2和Cb3；
求取三臺星敏感器光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的分量，如式(1)：
式(1)中，表示#敏感器光軸矢量在&坐標系下的分量，其中i表示慣性坐標系，b表示衛(wèi)星本體坐標系，o表示軌道坐標系，1、2、3分別表示相應的星敏感器以及其測量坐標系；
根據(jù)三臺星敏感器的三個光軸矢量，求取其在衛(wèi)星本體坐標系下分量組成的矩陣如式(2)：
上述求取三臺星敏感器的光軸矢量在慣性系坐標下的矩陣包含：
根據(jù)三臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)，可得三個測量坐標系到慣性坐標系的轉換矩陣，由此求取三個光軸矢量在慣性坐標系下分量，如式(3)：
式(3)中，含有*號的量為與星敏感器測量值有關的值；
根據(jù)三臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)，求取其光軸矢量在慣性坐標系下分量組成的矩陣如式(4)：
上述根據(jù)慣性系坐標與衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣，及軌道坐標系對慣性坐標系的轉換矩陣，求取軌道坐標系對衛(wèi)星本體坐標系的姿態(tài)矩陣包含：
根據(jù)矢量定姿原理，求取慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣，如式(5)：
對慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣進行正交化，得正交化后的轉換矩陣Cbi如式(6)：
式(6)中，E是單位矩陣；
根據(jù)正交化的慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣Cbi和軌道坐標系對慣性坐標系的轉換矩陣，求取軌道坐標系對衛(wèi)星本體坐標系的姿態(tài)矩陣。如式(7)：
Cbo＝CbiCio (7)。
一種基于三星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，其特點是，該系統(tǒng)包含：
衛(wèi)星本體坐標系矩陣求取模塊，其求取三臺星敏感器的光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的矩陣；
慣性系坐標矩陣求取模塊，其根據(jù)三臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)求取其光軸矢量在慣性系坐標下的矩陣；
姿態(tài)矩陣求取模塊，其根據(jù)慣性系坐標與衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣，及軌道坐標系對慣性坐標系的轉換矩陣，求取軌道坐標系對衛(wèi)星本體坐標系的姿態(tài)矩陣。
上述衛(wèi)星本體坐標系矩陣求取模塊包含：
衛(wèi)星本體坐標系分量求取模塊，其根據(jù)三臺星敏感器在衛(wèi)星本體坐標系下的安裝矩陣，求取三臺星敏感器光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的分量；
衛(wèi)星本體坐標系矩陣計算模塊，其根據(jù)三臺星敏感器光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的分量，求取三臺星敏感器的光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下分量組成的矩陣。
上述慣性系坐標矩陣求取模塊包含：
慣性系坐標分量求取模塊，其根據(jù)三個星敏感器的測量數(shù)據(jù)，得到三個測量坐標系到慣性坐標系的轉換矩陣，獲得三個光軸矢量在慣性坐標系下的分量；
慣性系坐標矩陣計算模塊，其根據(jù)三個光軸矢量在慣性坐標系下的分量，求取三個星敏感器的光軸矢量在慣性坐標系下分量組成的矩陣。
上述姿態(tài)矩陣求取模塊包含：
矩陣轉換模塊，其根據(jù)矢量定姿原理，求取慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣；
正交模塊，其對慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣正交化；
姿態(tài)矩陣計算模塊，其根據(jù)正交化的慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣和軌道坐標系對慣性坐標系的轉換矩陣，求取軌道坐標系對衛(wèi)星本體坐標系的姿態(tài)矩陣。
本發(fā)明基于三星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法和系統(tǒng)和現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點在于，本發(fā)明適用于安裝三臺及以上星敏感器的衛(wèi)星，能夠充分利用星上資源，能夠補償單星敏感器光軸精度差的不足，避免雙星敏感器姿態(tài)確定算法中叉乘矢量的引入，減小定姿誤差，可靠性高，且算法簡單，星上軟件容易實現(xiàn)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于三星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法的流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施例。
如圖1所示，公開了一種基于三星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，該方法具體包含以下步驟：
S1、求取三臺星敏感器光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的分量。
不考慮安裝誤差時，任意三臺光軸矢量兩兩不共線的三個星敏感器1、2、3在衛(wèi)星本體坐標系下的安裝矩陣分別為Cb1、Cb2和Cb3。
據(jù)此，求取三臺星敏感器光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的分量，如式(1)：
式(1)中，表示#敏感器光軸矢量在&坐標系下的分量，其中i表示慣性坐標系，b表示衛(wèi)星本體坐標系，o表示軌道坐標系，1、2、3分別表示相應的星敏感器以及其測量坐標系。
S2、根據(jù)三臺星敏感器的光軸矢量得到衛(wèi)星本體坐標系下的矩陣。
根據(jù)三臺星敏感器的三個光軸矢量，求取其在衛(wèi)星本體坐標系下分量組成的矩陣如式(2)：
S3、由三臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)求取慣性系下的分量。
根據(jù)三臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)，可得三個測量坐標系到慣性坐標系的轉換矩陣，由此求取三個光軸矢量在慣性坐標系下分量，如式(3)：
式(3)中，含有*號的量為與星敏感器測量值有關的值。
S4、根據(jù)三臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)得到慣性系下的矩陣。
根據(jù)三臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)，求取其光軸矢量在慣性坐標系下分量組成的矩陣如式(4)：
S5、求取慣性系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣。
根據(jù)矢量定姿的基本原理，求取慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣，如式(5)：
S6、矩陣正交化。
對慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣進行正交化，得正交化后的轉換矩陣Cbi如式(6)：
式(6)中，E是單位矩陣。
S7、求取姿態(tài)矩陣。
根據(jù)正交化的慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣Cbi和軌道坐標系對慣性坐標系的轉換矩陣，求取軌道坐標系對衛(wèi)星本體坐標系的姿態(tài)矩陣。如式(7)：
Cbo＝CbiCio (7)。
本發(fā)明還公開了一種基于三星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含：衛(wèi)星本體坐標系矩陣求取模塊、慣性系坐標矩陣求取模塊和姿態(tài)矩陣求取模塊。
衛(wèi)星本體坐標系矩陣求取模塊用于求取三臺星敏感器的光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的矩陣。
慣性系坐標矩陣求取模塊用于根據(jù)三臺星敏感器的測量數(shù)據(jù)求取其光軸矢量在慣性系坐標下的矩陣。
姿態(tài)矩陣求取模塊接收衛(wèi)星本體坐標系矩陣求取模塊和慣性系坐標矩陣求取模塊的輸出，用于根據(jù)慣性系坐標與衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣，及軌道坐標系對慣性坐標系的轉換矩陣，求取軌道坐標系對衛(wèi)星本體坐標系的姿態(tài)矩陣。
其中，衛(wèi)星本體坐標系矩陣求取模塊包含：衛(wèi)星本體坐標系分量求取模塊和衛(wèi)星本體坐標系矩陣計算模塊。
衛(wèi)星本體坐標系分量求取模塊用于根據(jù)三臺星敏感器在衛(wèi)星本體坐標系下的安裝矩陣，求取三臺星敏感器光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的分量。
衛(wèi)星本體坐標系矩陣計算模塊用于根據(jù)三臺星敏感器光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下的分量，求取三臺星敏感器的光軸矢量在衛(wèi)星本體坐標系下分量組成的矩陣。
其中，慣性系坐標矩陣求取模塊包含：慣性系坐標分量求取模塊和慣性系坐標矩陣計算模塊。
慣性系坐標分量求取模塊用于根據(jù)三個星敏感器的測量數(shù)據(jù)，得到三個測量坐標系到慣性坐標系的轉換矩陣，獲得三個光軸矢量在慣性坐標系下的分量。
慣性系坐標矩陣計算模塊用于根據(jù)三個光軸矢量在慣性坐標系下的分量，求取三個星敏感器的光軸矢量在慣性坐標系下分量組成的矩陣。
其中，姿態(tài)矩陣求取模塊包含：矩陣轉換模塊、正交模塊和姿態(tài)矩陣計算模塊。
矩陣轉換模塊用于根據(jù)矢量定姿原理，求取慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣。
正交模塊用于對慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣正交化。
姿態(tài)矩陣計算模塊用于根據(jù)正交化的慣性坐標系到衛(wèi)星本體坐標系的轉換矩陣和軌道坐標系對慣性坐標系的轉換矩陣，求取軌道坐標系對衛(wèi)星本體坐標系的姿態(tài)矩陣。
盡管本發(fā)明的內容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。