專利名稱：一種高精度星敏感器的精度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于姿態(tài)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種高精度星敏感器的精度測量方法。
背景技術(shù)：
星敏感器以精度高、功耗低、體積小等優(yōu)點成為目前航天器最具競爭力的姿態(tài)敏感器件。目前，星敏感器的定姿精度已經(jīng)可以達(dá)到10"，某些型號的星敏感器精度甚至可以達(dá)到I"水平，高精度是星敏感器得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。隨著星敏感器精度越來越高，對精度表述與測量方法也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的測試方法主要基于星模擬器及精密轉(zhuǎn)臺，需要轉(zhuǎn)臺的位置精度比星敏感器的測量精度再高ー個數(shù)量級，即達(dá)到亞角秒的量級水平，這種設(shè)備價格昂貴，操作過程復(fù)雜。同時，實驗室通過轉(zhuǎn)臺標(biāo)定吋，以星模擬器作為測量基準(zhǔn)，但實現(xiàn)光譜范圍、星等和位置精度皆滿足要求的全天球星模擬器難度很 大，星模擬器與真實星空的導(dǎo)航星還有較大差距，還不能完全模擬真實星空情況，使實驗室測試的真實性和準(zhǔn)確性難以得到人們的信服。因此，找到ー個易實現(xiàn)的、能滿足精度要求的高精度星敏感器的精度測量方法就顯得十分重要和迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在至少解決上述技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提供ー種高精度星敏感器的精度測量方法，所述高精度星敏感器的精度測量方法能夠很容易地實現(xiàn)對星敏感器的滾轉(zhuǎn)精度和指向精度的測量并解決傳統(tǒng)的測試方法操作復(fù)雜、需要價格昂貴的精密轉(zhuǎn)臺和星模擬器的問題，同時所述高精度星敏感器的精度測量方法的測量結(jié)果較轉(zhuǎn)臺式測量方法更具有準(zhǔn)確性和真實性，且測試精度能滿足星敏感器的要求。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了ー種高精度星敏感器的精度測量方法，包括如下步驟I)將星敏感器固定在地球上，且使得所述星敏感器的滾轉(zhuǎn)軸指向天頂，所述星敏感器中存儲有星圖；2)根據(jù)所述導(dǎo)航星在所述星敏感器坐標(biāo)系下的方向矢量和在J2000. O直角坐標(biāo)系下的方向矢量(VcRF；B_)得到并輸出所述星敏感器的第一最優(yōu)姿態(tài)矩陣4 = [qi Q2 Q3 Q4]及對應(yīng)星圖的實際拍攝時刻(T+Ati)；3)根據(jù)所述第一最優(yōu)姿態(tài)矩陣Qi得到第二最優(yōu)姿態(tài)矩陣Aq (Τ+ Δ ti)
權(quán)利要求
1.一種高精度星敏感器的精度測量方法，其特征在于，包括如下步驟 1)將星敏感器固定在地球上，且使得所述星敏感器的滾轉(zhuǎn)軸指向天頂，所述星敏感器中存儲有星圖； 2)根據(jù)所述導(dǎo)航星在所述星敏感器坐標(biāo)系下的方向矢量和在J2000.O直角坐標(biāo)系下的方向矢量(Vc；KFj2_)得到并輸出所述星敏感器的第一最優(yōu)姿態(tài)矩陣qi = Lq1 q2 q3 Q4I及對應(yīng)星圖的實際拍攝時刻(T+AtD ； 3)根據(jù)所述第一最優(yōu)姿態(tài)矩陣％得到第二最優(yōu)姿態(tài)矩陣
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度星敏感器的精度測量方法，其特征在于，所述步驟4)進(jìn)一步包括 (41)得到J2000.0直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣Rekf(_ 9 J ； (42)得到歷元黃道坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為當(dāng)前時刻(T)下的天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣Rcrft (_ 9 2); (43)得到當(dāng)前時刻⑴天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為實際拍攝時刻(T+AtD的地固坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣 Rtkf (-G3); (44)得到所述星敏感器精度測量轉(zhuǎn)換矩陣^^_,:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度星敏感器的精度測量方法，其特征在于，所述步驟(41)中，歷元黃道坐標(biāo)系(XEKF,Yeef, Zeef)基于所述J2000. O直角坐標(biāo)系(Xcsf12ciqci, Ycefj2000,Zcefj2000)且將所述J2000. O直角坐標(biāo)系繞著所述J2000. O直角坐標(biāo)系的X軸逆時針方向轉(zhuǎn)動23° 26' 21"的變換之后獲得
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度星敏感器的精度測量方法，其特征在于，所述步驟(42)中，歷元黃道坐標(biāo)系(XEKF，Yekf，Zekf)轉(zhuǎn)變成當(dāng)前時刻⑴下的天球坐標(biāo)系(Xckft，Yckft,Zceft)通過下述步驟獲得 將歷元黃道坐標(biāo)系(XEKF，Teef, Zeef)繞其Z軸順時針方向轉(zhuǎn)動50. 29" XT ； 接著繞第一次轉(zhuǎn)動后的坐標(biāo)系的X軸順時針方向轉(zhuǎn)動23° 26' 21"； 接著繞第二次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)接著繞第三次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的Z軸順時針方向旋轉(zhuǎn)以及接著繞第四次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸順時針方0旋轉(zhuǎn)eA+A e，以獲得含有章動項的當(dāng)前時刻(T)的天球坐標(biāo)系其中A9 A e分別表示黃經(jīng)章動和斜章動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度星敏感器的精度測量方法，其特征在于，所述天球坐標(biāo)系架構(gòu)(Xcsft, Yceft, Zceft)通過下述公式獲得
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度星敏感器的精度測量方法，其特征在于，根據(jù)IAU2000B章動模型，e A與黃經(jīng)章動(Afp )和斜章動(Ae)分別為
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度星敏感器的精度測量方法，其特征在于，所述步驟(43)中，當(dāng)前時刻⑴天球坐標(biāo)系(XckfPYckfPZckft)轉(zhuǎn)到實際拍攝時刻(T+AtD的地固坐標(biāo)系(XTKF，Ytef, Ztef)的轉(zhuǎn)換通過將所述天球坐標(biāo)系(XeKFT，Yceft, Zceft)繞天球坐標(biāo)系的Z軸以Q = 7. 292115X l(T5rad/s逆時針旋轉(zhuǎn)獲得
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度星敏感器的精度測量方法，其特征在于，所述步驟7)進(jìn)一步包括 (71)將獲得的所述星敏感器三軸指向矢量p(T+Ati)用行向量表示為p(T+A = [px(T+A t) , py(T+A t) , pz(T+A t)] 并對每一個行向量進(jìn)行歸一化； (72)根據(jù)所述星敏感器三軸指向矢量的行向量獲得所述星敏感器X軸、Y軸和Z軸的最優(yōu)矢量 Popt (T+ A ，使 popt (T+ Ati)的三個行向量[pX()pt (T+ A ，pyopt (T+ A tt)，pzopt(T+A ti)]分別與不同實際拍攝時刻(T+AtD 的[px(T+Ati), py (T+A t4),pz (T+Ati)]向量夾角的平方和最小，并對三個行向量進(jìn)行歸一化； (73)根據(jù)所述星敏感器三軸最優(yōu)指向矢量p_(T+Ati)和不同實際拍攝時刻(T+AtJ的三軸指向矢量P (T+ A ，得到余弦矩陣C
全文摘要
本發(fā)明公開一種高精度星敏感器的精度測量方法，包括將存儲有星圖的星敏感器固定在地球上且使星敏感器的滾轉(zhuǎn)軸指向天頂；根據(jù)導(dǎo)航星在星敏感器坐標(biāo)系下的方向矢量和在J2000.0直角坐標(biāo)系下的方向矢量得到星敏感器的第一最優(yōu)姿態(tài)矩陣qi及對應(yīng)星圖的實際拍攝時刻；根據(jù)qi得到第二最優(yōu)姿態(tài)矩陣；根據(jù)星敏感器的實際拍攝時刻和地球的歲差、章動和自轉(zhuǎn)獲得與星敏感器相關(guān)的精度測量轉(zhuǎn)換矩陣；利用第二最優(yōu)姿態(tài)矩陣和精度測量轉(zhuǎn)換矩陣得到精度測量矩陣；根據(jù)精度測量矩陣確定星敏感器的三軸指向矢量；根據(jù)三軸指向矢量得到實際拍攝時刻的星敏感器三個最優(yōu)指向矢量與星敏感器X軸、Y軸和Z軸矢量的夾角；根據(jù)夾角得到星敏感器的滾轉(zhuǎn)精度和指向精度。
文檔編號G01C25/00GK102706363SQ20121016794
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者孫婷, 尤政, 邢飛 申請人:清華大學(xué)