专利名称：一种高精度星敏感器的精度测量方法
技术领域：
本发明属于姿态传感器技术领域，尤其涉及ー种高精度星敏感器的精度測量方法。
背景技术：
星敏感器以精度高、功耗低、体积小等优点成为目前航天器最具竞争力的姿态敏感器件。目前，星敏感器的定姿精度已经可以达到10"，某些型号的星敏感器精度甚至可以达到I"水平，高精度是星敏感器得以迅速发展和广泛应用的关键因素。随着星敏感器精度越来越高，对精度表述与测量方法也提出了更高的要求。传统的测试方法主要基于星模拟器及精密转台，需要转台的位置精度比星敏感器的測量精度再高ー个数量级，即达到亚角秒的量级水平，这种设备价格昂贵，操作过程复杂。同时，实验室通过转台标定吋，以星模拟器作为测量基准，但实现光谱范围、星等和位置精度皆满足要求的全天球星模拟器难度很 大，星模拟器与真实星空的导航星还有较大差距，还不能完全模拟真实星空情况，使实验室测试的真实性和准确性难以得到人们的信服。因此，找到ー个易实现的、能满足精度要求的高精度星敏感器的精度測量方法就显得十分重要和迫切。

发明内容
本发明g在至少解决上述技术问题之一。为此，本发明提供ー种高精度星敏感器的精度測量方法，所述高精度星敏感器的精度測量方法能够很容易地实现对星敏感器的滚转精度和指向精度的测量并解决传统的测试方法操作复杂、需要价格昂贵的精密转台和星模拟器的问题，同时所述高精度星敏感器的精度測量方法的测量结果较转台式測量方法更具有准确性和真实性，且测试精度能满足星敏感器的要求。根据本发明的实施例，提供了ー种高精度星敏感器的精度測量方法，包括如下步骤I)将星敏感器固定在地球上，且使得所述星敏感器的滚转轴指向天顶，所述星敏感器中存储有星图；2)根据所述导航星在所述星敏感器坐标系下的方向矢量和在J2000. O直角坐标系下的方向矢量(VcRF；B_)得到并输出所述星敏感器的第一最优姿态矩阵4 = [qi Q2 Q3 Q4]及对应星图的实际拍摄时刻(T+Ati)；3)根据所述第一最优姿态矩阵Qi得到第二最优姿态矩阵Aq (Τ+ Δ ti)
权利要求
1.一种高精度星敏感器的精度测量方法，其特征在于，包括如下步骤 1)将星敏感器固定在地球上，且使得所述星敏感器的滚转轴指向天顶，所述星敏感器中存储有星图； 2)根据所述导航星在所述星敏感器坐标系下的方向矢量和在J2000.O直角坐标系下的方向矢量(Vc；KFj2_)得到并输出所述星敏感器的第一最优姿态矩阵qi = Lq1 q2 q3 Q4I及对应星图的实际拍摄时刻(T+AtD ； 3)根据所述第一最优姿态矩阵％得到第二最优姿态矩阵
2.根据权利要求I所述的高精度星敏感器的精度测量方法，其特征在于，所述步骤4)进一步包括 (41)得到J2000.0直角坐标系转换为历元黄道坐标系的转换矩阵Rekf(_ 9 J ； (42)得到历元黄道坐标系转换为当前时刻(T)下的天球坐标系的转换矩阵Rcrft (_ 9 2); (43)得到当前时刻⑴天球坐标系转换为实际拍摄时刻(T+AtD的地固坐标系的转换矩阵 Rtkf (-G3); (44)得到所述星敏感器精度测量转换矩阵^^_,:
3.根据权利要求2所述的高精度星敏感器的精度测量方法，其特征在于，所述步骤(41)中，历元黄道坐标系(XEKF,Yeef, Zeef)基于所述J2000. O直角坐标系(Xcsf12ciqci, Ycefj2000,Zcefj2000)且将所述J2000. O直角坐标系绕着所述J2000. O直角坐标系的X轴逆时针方向转动23° 26' 21"的变换之后获得
4.根据权利要求2所述的高精度星敏感器的精度测量方法，其特征在于，所述步骤(42)中，历元黄道坐标系(XEKF，Yekf，Zekf)转变成当前时刻⑴下的天球坐标系(Xckft，Yckft,Zceft)通过下述步骤获得 将历元黄道坐标系(XEKF，Teef, Zeef)绕其Z轴顺时针方向转动50. 29" XT ； 接着绕第一次转动后的坐标系的X轴顺时针方向转动23° 26' 21"； 接着绕第二次旋转后的坐标系的X轴逆时针方向旋转接着绕第三次旋转后的坐标系的Z轴顺时针方向旋转以及接着绕第四次旋转后的坐标系的X轴顺时针方0旋转eA+A e，以获得含有章动项的当前时刻(T)的天球坐标系其中A9 A e分别表示黄经章动和斜章动。
5.根据权利要求4所述的高精度星敏感器的精度测量方法，其特征在于，所述天球坐标系架构(Xcsft, Yceft, Zceft)通过下述公式获得
6.根据权利要求5所述的高精度星敏感器的精度测量方法，其特征在于，根据IAU2000B章动模型，e A与黄经章动(Afp )和斜章动(Ae)分别为
7.根据权利要求2所述的高精度星敏感器的精度测量方法，其特征在于，所述步骤(43)中，当前时刻⑴天球坐标系(XckfPYckfPZckft)转到实际拍摄时刻(T+AtD的地固坐标系(XTKF，Ytef, Ztef)的转换通过将所述天球坐标系(XeKFT，Yceft, Zceft)绕天球坐标系的Z轴以Q = 7. 292115X l(T5rad/s逆时针旋转获得
8.根据权利要求I所述的高精度星敏感器的精度测量方法，其特征在于，所述步骤7)进一步包括 (71)将获得的所述星敏感器三轴指向矢量p(T+Ati)用行向量表示为p(T+A = [px(T+A t) , py(T+A t) , pz(T+A t)] 并对每一个行向量进行归一化； (72)根据所述星敏感器三轴指向矢量的行向量获得所述星敏感器X轴、Y轴和Z轴的最优矢量 Popt (T+ A ，使 popt (T+ Ati)的三个行向量[pX()pt (T+ A ，pyopt (T+ A tt)，pzopt(T+A ti)]分别与不同实际拍摄时刻(T+AtD 的[px(T+Ati), py (T+A t4),pz (T+Ati)]向量夹角的平方和最小，并对三个行向量进行归一化； (73)根据所述星敏感器三轴最优指向矢量p_(T+Ati)和不同实际拍摄时刻(T+AtJ的三轴指向矢量P (T+ A ，得到余弦矩阵C
全文摘要
本发明公开一种高精度星敏感器的精度测量方法，包括将存储有星图的星敏感器固定在地球上且使星敏感器的滚转轴指向天顶；根据导航星在星敏感器坐标系下的方向矢量和在J2000.0直角坐标系下的方向矢量得到星敏感器的第一最优姿态矩阵qi及对应星图的实际拍摄时刻；根据qi得到第二最优姿态矩阵；根据星敏感器的实际拍摄时刻和地球的岁差、章动和自转获得与星敏感器相关的精度测量转换矩阵；利用第二最优姿态矩阵和精度测量转换矩阵得到精度测量矩阵；根据精度测量矩阵确定星敏感器的三轴指向矢量；根据三轴指向矢量得到实际拍摄时刻的星敏感器三个最优指向矢量与星敏感器X轴、Y轴和Z轴矢量的夹角；根据夹角得到星敏感器的滚转精度和指向精度。
文档编号G01C25/00GK102706363SQ20121016794
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者孙婷, 尤政, 邢飞 申请人:清华大学