星敏感器与磁强计安装矩阵的测试监测方法及其误差分析

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1、硕士学位论文星敏感器与磁强计安装矩阵的测试监测方法及其误差分析MEASURINGANDMONITORINGMETHODANDERRORANALYSISOFTHEINSTALLEDMATRIXABOUTSTARSENSORSANDMAGNETOMETERS王凯强哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：V416.8学校代码：10213国际图书分类号：627.7密级：公开工程硕士学位论文星敏感器与磁强计安装矩阵的测试监测方法及其误差分析硕士研究生：：王凯强导师：：任顺清教授申请学位：：工程硕士学科：：控制科学与工程所在单位：：航天学院答辩日期：：20

2、16年6月授予学位单位：：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V416.8U.D.C:627.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMEASURINGANDMONITORINGMETHODANDERRORANALYSISOFTHEINSTALLEDMATRIXABOUTSTARSENSORSANDMAGNETOMETERSCandidate：WANGKaiqiangSupervisor：Prof.RENShunqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEng

3、ineeringSpecialty：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要地磁导航因其自主式、全天候、无误差积累、精度高、适用范围广等优点，广泛应用于航天、航空、航海等领域，是一种新型的导航系统。采用先进技术对地磁场的精密测量，提高磁测精度，建立精密的地磁场数据库，已成为当今地磁导航领域中热点课题之一。

4、卫星地磁测量是获取全球地磁场数据的重要工具，可以全球、全天候、高精度的测量地磁场，获取高质量、高精度的全球地磁场数据。星敏感器与磁强计安装矩阵的标定精度是决定整个卫星地磁测量系统磁测精度的关键技术之一，如何提高安装矩阵的标定精度具有重要的研究意义，本文对星敏感器与磁强计安装矩阵的测试与监测方法展开了深入研究。论述了卫星地磁测量系统的组成以及安装矩阵的测试必要性，包括地面测试与在轨监测；给出了一系列相关坐标系，论述了星敏感器、磁强计在不同坐标系下的误差模型，推导了在地理坐标下的磁强计测量数据表示；给出了安装矩阵的室外测试和室内转台测试总体方案设计，给

5、出了自准直仪-平面镜和光栅测角的在轨监测总体方案设计，并论证了方案的可行性和精度分析。以上研究为安装矩阵的测试工作奠定了基础。利用已知地磁场强度、恒星星矢与当地经纬度设计了星敏感器与磁强计安装矩阵的室外测试方案，给出了安装矩阵的具体表示。基于MonteCarlo方法设计了仿真算法辨识误差参数，对误差参数的辨识精度及星敏感器与磁强计安装矩阵的各夹角测量精度进行了误差分析。仿真表明，室外测试方法对星敏感器与磁强计安装矩阵的各夹角测量精度较低，不能满足系统的设计要求。利用高精度的无磁转台、标准磁场、恒星模拟器、经纬仪及其他测量设备设计了星敏感器与磁强计安

6、装矩阵的室内测试方案，给出了安装矩阵的具体表示。设计了仿真算法，验证了误差参数的分布特性，并对误差参数的辨识精度及星敏感器与磁强计安装矩阵的各夹角测量精度进行了误差分析。仿真表明，室内转台测试精度较高，安装矩阵各夹角的测试精度优于5"，满足系统的指标要求。利用光学的自准直原理设计了一套自准直仪-平面反射镜监测系统，并利用高精度的分度头对其进行了标定，测量精度满足指标要求。设计了地面功能性监测实验，验证了自准直仪-平面反射镜监测法的可行性，测量精度也达到了指标要求。利用光栅的莫尔条纹测角原理，设计了一套光栅监测系统，分析了其测量不确定度，满足指标要求

7、。利用地面功能性监测实验，验证了光栅监测方法的可行性，测量精度也达到了指标要求。关键词：星敏感器；磁强计；姿态测量；卫星地磁测量；误差分析-I-AbstractAbstractGeomagneticnavigationasanewkindofnavigationsystem,foritsadvantagesofautonomous,all-weather,noerroraccumulation,highprecisionandwideapplicablerange,iswidelyusedinaerospace,aviation,oceannavi

8、gationandotherfields.Usingadvancedtechnologyforprecisionmeasu