多星敏感器测量最优姿态估计算法

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1、2013年7月北京航空航天大学学报July2013第39卷第7期JournalofBeoingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No．7多星敏感器测量最优姿态估计算法马红亮陈统徐世杰(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：多数利用星敏感器加陀螺组合的姿态确定方法中，由于星敏感器精度较高，使得系统定姿的精度比较高．然而，姿态确定的算法因观测模型和误差处理不当，导致滤波器观测修正能力下降，从而不能有效地估计陀螺的漂移误差．提出了基于星敏感器观测姿态角的误差建模，研究了多星敏感器组合的最优安装构型

2、和观测融合方法．利用加权最小二乘法对观测数据的预处理，使观测方程定常化．再利用陀螺加星敏感器组合的扩展Kalman滤波(EKF，ExtendedKalmanFiltering)对航天器姿态和陀螺漂移进行估计．仿真结果表明，提出的多星敏感器最优组合的滤波方法能够有效精确地估计卫星三轴姿态和陀螺漂移，且该方法计算量小，有利于卫星定姿系统的在轨自主运行．关键词：多星敏感器；误差建模；最优构型；协方差矩阵；融合中图分类号：V488．22文献标识码：A文章编号：1001-5965(2013)07-0869-06Optimalattitudeestimationalg

3、orithmbasedonmulitiplestar-sensorobservationsMaHongliangChenTongXuShijie(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Inmostofattitudedeterminationswithmethodsbyusingthecombinationofstar—sensorsandgyros，theaccuracyofattitudedeterm

4、inationishighduetothehighaccuracyofstarsensors．However，be·causeoftheimproperprocessingofobservationmodelanderror，theobservationcorrectionabilityofattitudefilterdecreasesandthegyrodrifterrorcan’tbeestimatedefficiently．Errormodelingwasproposedbasedonat-titudeangleobservations，andthe

5、optimuminstallationconfigurationsandobservationsyncretizingmethodswereinvestigated．Bymakinguseoftheweightedleastsquares(WLS)preprocessingofobservationdata，theobservationequationchangedtobeconstant。Then，thespacecraftattitudeandgyrodriftwereestimatedbyU—singextendedKalmanfiltering(E

6、KF)withthecombinationofstar—sensorsandgyros．Thesimulationresultsshowtheattitudeandgyrodriftcanbeestimatedaccuratelybyusingthepresentedfilter．Thismethodiswithlesstheamountofcalculationandofadvantagetoautonomouson··orbitoperationofactualattitudedetermina··tionsystem．Keywords：multipl

7、estar—sensors；errormodeling；optimumconfigurations；covariancematrix；syncreti-zing应用角秒级的星敏感器在高精度航天器姿态确定系统⋯中具有重要意义．然而，随着航天器自主导航对多星敏依赖程度的加强，如何更好地进行星敏观测误差建模、数据融合、减小星上计算量已成为实际工程的主要问题．国内外对于星敏的误差建模主要包括基于星敏感器恒星矢量观测相关的误差建模‘2‘31和基于航天器三轴姿态角观测相关的误差建模m引．前者测量的物理意义明收稿日期：2012-07—25；网络出版时间：2013-07—

8、1209：56网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／d