一种海洋测高卫星质心在轨估计算法

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1、第23卷第5期航天器工程v01．23No．51111篁!!旦些垒篁兰篁!兰垒至!兰堕垡堕兰兰垦型鱼!!一种海洋测高卫星质心在轨估计算法李拴劳张润宁(航天东方红卫星有限公司，北京100094)摘要为了满足海洋测高卫星在轨质心位置精度的要求，提出了一种使用陀螺仪测量数据在轨估算卫星质心位置的算法。该算法利用推力器工作产生外力矩，采用总体最小二乘法，综合考虑了实际推力器推力的误差及陀螺仪的测量误差，由卫星的姿态动力学方程估算得到卫星质心位置。数值仿真证明了该算法的有效性，结果表明质心位置的估计精度在毫米量级，可以满足海洋测高卫星对质心位置精度的需求。关键词海洋测高卫星；陀螺仪；推力器；

2、质心；总体最小二乘法中图分类号：v412．4文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．05．006Study叽OI卜orbitEsti础札i蚰0fCemer0fMassf衍(h舶舢tiImtrySa_telliteLIShuanlaoZHANGRunning(DFHSatelliteCo．Ltd．，Beijing100094，China)Abst翻越：Amethodforon-orbitestimationofcenterofmassispresentedtosatisfytheaccuracyofcenterofmassofoceanal

3、timetrysatellite，basedonthedataofgyrosinsatellite．Byutilizingthemomentduetothrusterfiringstochangethesatelliteattitude，thecenterofmassofsatellitecanbeestimatedbyusingtotal1eastsquarestosolveattitudedynamicsequationwithtakingintoaccountthefactorthatbothforcesofthrustersanddataofgyroscontainser

4、rorsinpracticalterms．Thesimulationdemonstratesthatthemethodiseffectiveandtheresultsshowthattheaccuracyofestimationforcenterofmassisoftheorderofmillimeters．Thisalsoprovesthatthemethodcansatisfytherequirementofcenterofmassofaltimetrysatellite．Keywords：oceanaltimetrysatellite；gyro；thruster；cente

5、rofmass；totalleastsquares1引言海洋测高卫星是一类精确测量星下点海面高度的卫星，其核心载荷是高度计，用来测量卫星到星下点海面的距离。海洋测高卫星基本测高原理是用卫星轨道高度减去高度计测量值即可得到星下点的海面高。卫星的轨道高度通常由精密定轨过程得到。卫星精密定轨得到的是卫星质心的位置信息，而高度计测量得到的是高度计相位中心到星下点处海面的距离，在计算海面高时，卫星轨道高度的基准和高度计测量值的空间基准不一致，一般需要将高度计的测量归算到卫星质心，因此必须知道卫星准确的质心位置。当卫星质心位置存在误差时，其在卫星轨道径向的分量会直接引入到测高误差中，影响测高

6、精度[1]。事实上卫星在轨运行时质心位置和地面测量时相比会发生漂移，这主要是由于燃料消耗及太阳翼变形等原因所引起的，如托佩克斯／海神(TI嬲／Poseidon)卫星在轨运行时，由于太阳翼翘曲倾斜而引起的卫星质心偏移径向分量可达3cm[¨，因而为了得收稿日期：2014一01—15；修回日期：2014一05—27作者简介：李拴劳，男，硕士研究生，研究方向为航天器总体设计。Email：1ishualllao@163．com。航天器工程23卷到更高的测高精度，必须对卫星在轨运行段的质心参数估计方法及其精度进行研究。文献[2—3]提出了一种使用测高卫星定轨跟踪数据，在精密定轨参数估计中，加

7、入质心变化量参数一起进行估计的方法，优点在于不须提供多余的数据，在精密定轨的过程中就可以完成，但是会和须估计的经验力参数发生耦合，无法分离，因而存在固有的缺陷。文献[4—5]提出了一种重力卫星的质心在轨标定算法，优点在于精度很高，可达到亚毫米量级，但须卫星装备高精度的静电加速度计，且对卫星平台也有特殊的要求，因而限定了这种方法的应用范围。文献[6—8]提出了基于指数加权递归的最小二乘算法，利用推力器工作时陀螺的测量数据，可计算得到卫星的质心位置，但此算法假定推力器推力是准确已知的