星敏感器低频误差在轨校准方法研究-论文.pdf

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1、第40卷第3期空间控制技术与应用Vo1．40NO．32014年6月AerospaceControlandApplicationJun．2014星敏感器低频误差在轨校准方法研究熊凯，宗红，汤亮(1．北京控制工程研究所，北京100190；2空间智能控制技术重点实验室，北京100190)摘要：研究星敏感器低频误差在轨校准问题．星敏感器低频误差主要由周期性的空间热环境变化造成，会对卫星姿态确定精度造成显著影响．针对这一问题，提出一种星敏感器低频误差校准新方法，通过扩维卡尔曼滤波同时估计卫星姿态和低频误差参数．研究表明，采用所提

2、低频误差校准方法能够显著提高姿态确定系统的性能．基于在轨卫星上的星敏感器遥测数据建立了用于数学仿真的星敏感器低频误差模型，数学仿真结果验证了低频误差校准方法的有效性．关键词：卫星姿态确定；扩维卡尔曼滤波；低频误差中图分类号：V44文献标志码：A文章编号：1674—1579(2014)03~008—06DOI：10．3969／i．issn．1674-1579．2014．03．002OnStarSensorLowFrequencyErrorIn—OrbitCalibrationMethodXIONGKai，ZONGHong

3、，TANGLiang，(．BeijingInstituteofControlEngineering，Beng100190，China；2．ScienceandTechnologyonSpaceIntelligentControlLaboratory，Beng100190，China)Abstract：Thispaperstudiesthestarsensorlow~equencyerror(LFE)in—flightcalibrationproblem．ThestarsensorLFE，whichiscausedpri

4、marilybytheperiodicthermaldistortion，hasagreatimpactonthesatelliteattitudedeterminationaccuracy．Tocopewiththisproblem，weproposeanovelLFEcalibrationmethod．AnaugmentedKalmanfilter(A-KF)isadoptedtoestimatethesatelliteattitudeandtheLFEparameterssimultaneously．Itissp

5、ecifiedthattheattitudedeterminationaccuracycanbeimprovedbyU—singtheproposedLFEcalibrationmethod．ThestarsensorLFEmodelfornumericalsimulationisestab—lishedbasedonthetelemetrydatafromrealstarsensorsoperatingunderin—orbitconditions．Thesimula—tionresultsillustratethe

6、eficiencyoftheproposedmethod．Keywords：satelliteattitudedetermination；augmentedKalmanfilter；lowfrequencyerror的精度，而星敏感器观测量中通常包含低频误差．星0引言敏感器低频误差主要是由于太阳照射角度变化产生的冷热交变的热环境，使得星敏感器本体及其安装高分辨率对地观测要求对星上有效载荷进行精结构形变造成的．由于太阳照射角度依轨道周期变确的指向控制，或通过卫星姿态确定系统获取有效化，星敏感器低频误差可视为周期信号，其变

7、化周期载荷光轴指向信息．在星上姿态确定系统中，由星敏近似等于卫星轨道周期．据报导，在多个航天器上都感器和陀螺构成的星光惯性姿态确定(SIAD，stellar发现了周期性的星敏感器低频误差的影响，如PRO—intertialattitudedetermination)系统精度较高．是众BA卫星、CHAMP卫星和ALOS卫星等．传统的多航天任务的首选¨．姿态确定卡尔曼滤波算法未考虑星敏感器低频误差星光惯性姿态确定系统的性能依赖于星敏感器的影响，很难直接利用卡尔曼滤波消除星敏感器低国家自然科学基金(61074103)和高分辨

8、率对地观测系统重大专项青年创新基金(GFZX04060103)资助项目收稿日期：2013-11—05第3期熊凯等：星敏感器低频误差在轨校准方法研究·9·频误差．存在星敏感器低频误差的情况下，将会导致式中，W是系统噪声向量，通常假定为0均值随机变卫星姿态确定精度降低．量，其方差为文献[5]中给出了一种星敏感器低频误差校准E(W’．，