星敏感器低频误差与陀螺漂移离线校正方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMay252017V01．38No．5SSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaaedu．cahkxb@buaaeducaDOI：10．7527／SLOOO一6893．2016．0218星敏感器低频误差与陀螺漂移离线校正方法赵琳，谢睿达*，刘源，郝勇哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001摘要：获取高精度事后姿态数据是提高遥感平台成像质量的必要条件之一，离线处理可有效降低敏感器测量误差，从而获得更高的姿态确定精度。基于滤波的校正

2、方法中，星敏感器低频误差(LFE)与陀螺漂移将产生耦合影响导致校正精度低，本文针对该问题推导了耦合误差的数学模型，并设计了一种两步双向平滑事后处理算法，将陀螺漂移与低频误差分两步校正，通过反复滤波剥离陀螺漂移与低频误差。同时，针对低频误差参数收敛速度慢、噪声参数调节困难的问题，利用一种基于极大似然估计(MLE)的固定窗口自适应双向滤波算法进行处理以获得更好的噪声估计，提高了收敛速度和收敛精度。文中仿真工况下，离线姿态确定精度可达到0．8”(3一)，低频误差参数完全收敛时间不超过4个轨道周期。关键词：星敏感器；低频噪声；陀螺漂移；卫星姿态测量

3、；事后处理；姿态敏感器误差标定中图分类号：V448．2文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)05—32055214现代对地观测卫星中，姿态确定精度直接影响遥感图像处理质量，而事后姿态处理往往可获得较高的姿态确定精度，因此能够高精度地进行事后姿态确定对遥感卫星至关重要。以先进对地观测卫星(AdvancedLandObservingSatellite，ALOS)为例：精确指向与地理定位系统(Preci—sionPointingandgeolocationDeterminationSys—tern，PPDS)是AI。OS的地面子系

4、统之一，由于不存在在轨计算量、实时性等约束，其可以实现高精度的卫星姿态与指向修正。根据现有资料[1。2]，其地球观测中心(EarthObservationCenter，EOC)可下载至少24h的低速任务数据及来自跟踪与控制中心(TrackingAndControlCenter，TACC)的定位数据。PPDS主要实现以下功能：星敏感器误差校正、事后姿态处理、热变形建模与估计等。AI。OS的典型在轨精度为(±3×10—1)。(3d)，而通过事后处理，其姿态精度可提高一倍以上，为(±1．4×10_4)。(3a)，此外，指向精度、稳定度经事后处理均

5、有提升。诸多学者对卫星姿态的事后处理进行了研究，主要研究对象包括卫星姿态敏感器误差的事后补偿和卫星姿态数据后处理等。事后处理主要是利用了处理时可以利用全部时间的测量数据、计算量不受限制等特性。1wata等口别针对ALOS数据事后处理进行了较全面的阐述，其主要通过对陀螺漂移的补偿和星敏感器星图再处理提高姿态精度。Lei和Yang[61利用RTS(Rauch—Tung—Striebel)算法处理扩展卡尔曼滤波(EKF)姿态算法的数据。Yang和Lei[71参考了Sarkka的部分成果[81研究了利用无迹卡尔曼滤波(UKF)姿态确定算法配合RTS

6、算法，形成URTS固定区间平滑算法，但未考虑敏感器误差补偿，仅对事后姿态数据进行了RTS处理，其处理精度低于1wata的处理精度[4]。以上学者主要是针对滤波中的姿收稿日期：2016．06—22；退修日期：2016—07—11；录用日期：2016—07．18；网络出版时间：2016—08—0110：37网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929．V201608011037．006．htmI基金项目：国家自然科学基金(61273081)；黑龙江省博士后科研启动金(LBH014054)；中央高校基本科研业务费专项资

7、金(HEUCFDl503)*通讯作者E-mail：xieruida—paper@163com引用榕武；赵琳．谢睿达。朗源．等i星敏感器低频误差与酡螺漂移离线校正方法￡如．航空学报，2017，38(5)：320552．ZHAOL。XlERD，LIUy，etalOfflinecalibrationmethodoflowfrequencyerrorofstarsensorandgyroscopedriftEJJActaAeronauticaetAs-tronauticaSinica，2017，38(5)j320552航空学报态误差或陀螺漂移进行平

8、滑处理，但没有考虑到星敏感器低频误差(I。FE)带来的影响。星敏感器是星上精度最高的敏感器，但由于受到岁差、章动、低频误差等影响，其精度会受到很大影响，其中低频误差分量可达到十几