專利名稱：用于星敏感器的精度測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于姿態(tài)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于星敏感器的精度測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
星敏感器以精度高、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)成為目前航天器最具競(jìng)爭(zhēng)力的姿態(tài)敏感器件。目前，星敏感器的定姿精度已經(jīng)可以達(dá)到10"，某些型號(hào)的星敏感器精度甚至可以達(dá)到1 “水平，高精度是星敏感器得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。隨著星敏感器精度越來(lái)越高，對(duì)精度測(cè)量方法也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的測(cè)試方法主要基于星模擬器及精密轉(zhuǎn)臺(tái)，需要轉(zhuǎn)臺(tái)的位置精度比星敏感器的測(cè)量精度再高一個(gè)數(shù)量級(jí)，即達(dá)到亞角秒的量級(jí)水平，這種設(shè)備價(jià)格昂貴，操作過(guò)程復(fù)雜。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定時(shí)，以星模擬器作為測(cè)量基準(zhǔn)，但實(shí)現(xiàn)光譜范圍、星等和位置精度皆滿足要求的全天球星模擬器難度很大，星模擬器與真實(shí)星空的導(dǎo)航星還有較大差距，還不能完全模擬真實(shí)星空情況，使實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的真實(shí)性和準(zhǔn)確性難以得到人們的信服。因此，找到一個(gè)易實(shí)現(xiàn)的、能滿足精度要求的星敏感器精度測(cè)量方法就顯得十分重要和迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明需要提供一種用于星敏感器的精度測(cè)量方法，所述精度測(cè)量方法能夠很容易實(shí)現(xiàn)、解決傳統(tǒng)的測(cè)試方法操作復(fù)雜，需要價(jià)格昂貴的精密轉(zhuǎn)臺(tái)和星模擬器的困擾，同時(shí)測(cè)量結(jié)果較轉(zhuǎn)臺(tái)式測(cè)量方法更具有準(zhǔn)確性和真實(shí)性，且測(cè)試精度能滿足星敏感器的要求。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于星敏感器的精度測(cè)量方法，包括如下步驟 1)將星敏感器固定在地球上，且使得星敏感器的主軸指向天頂，所述星敏感器可輸入時(shí)間參數(shù)且存儲(chǔ)有導(dǎo)航星表和導(dǎo)航星的視運(yùn)動(dòng)參數(shù)；2)向所述星敏感器輸入測(cè)試開始時(shí)間相對(duì)于J2000. 0時(shí)刻的當(dāng)前時(shí)刻T ；3)根據(jù)星敏感器中的導(dǎo)航星在J2000. 0坐標(biāo)系下的赤緯和赤經(jīng)(α，δ)以及在兩個(gè)方向上的視運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)確定導(dǎo)航星在當(dāng)前時(shí)刻T在 J2000. 0直角坐標(biāo)系下的方向矢量；4)將導(dǎo)航星在當(dāng)前時(shí)刻T在J2000. 0直角坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量；5)將歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)變成當(dāng)前時(shí)刻T下的天球坐標(biāo)系下的方向矢量(ν·)；以及6)根據(jù)實(shí)際拍攝時(shí)刻(T+At)將導(dǎo)航星在當(dāng)前時(shí)刻T從天球坐標(biāo)系下的方向矢量(V。KFT)變到實(shí)際拍攝時(shí)刻(T+At)在地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)，并基于所述地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)，獲得所述星敏感器的精度。由此，在本發(fā)明的上述精度測(cè)量方法中，通過(guò)利用地球本身自轉(zhuǎn)的精密性，將星敏感器固連于地球，使星敏感器的主軸正對(duì)天頂進(jìn)行觀測(cè)，星敏感器隨著地球的一起運(yùn)動(dòng)(Ω =7. ^2115X 10_5rad/S)，星敏感器測(cè)量值的角度變化與之相對(duì)應(yīng)，而存儲(chǔ)在星敏感器星表內(nèi)的導(dǎo)航星是在J2000.0坐標(biāo)系(CRFJ2000)下的坐標(biāo)，由于星敏感器的三軸精度不一致性，其指向精度比滾轉(zhuǎn)精度高一個(gè)量級(jí)，為保證測(cè)量指向精度的準(zhǔn)確性和高精度，將星敏感器中導(dǎo)航星的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻地固坐標(biāo)系(TRF)下的坐標(biāo)，這樣就消除了地球滾轉(zhuǎn)軸對(duì)指向精度的影響，此時(shí)測(cè)量星敏感器的輸出結(jié)果理論上為恒定值，即為星敏感器坐標(biāo)系相對(duì)于地固坐標(biāo)系的安裝矩陣，以此矩陣為基礎(chǔ)可以測(cè)量出星敏感器主軸在地固坐標(biāo)系中的變化，進(jìn)而測(cè)量出星敏感器的指向軸精度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟幻中，在所述當(dāng)前時(shí)刻T下，導(dǎo)航星在 J2000.0直角坐標(biāo)系下的方向矢量(vCW2_)為
權(quán)利要求
1.一種用于星敏感器的精度測(cè)量方法，包括如下步驟1)將星敏感器固定在地球上，且使得星敏感器的主軸指向天頂，所述星敏感器可輸入 時(shí)間參數(shù)且存儲(chǔ)有導(dǎo)航星表和導(dǎo)航星的視運(yùn)動(dòng)參數(shù)；2)向所述星敏感器輸入測(cè)試開始時(shí)間相對(duì)于J2000.O時(shí)刻的當(dāng)前時(shí)刻(T)；3)根據(jù)星敏感器中的導(dǎo)航星在J2000.O坐標(biāo)系下的赤緯和赤經(jīng)(a，6)以及在兩個(gè) 方向上的視運(yùn)動(dòng)參數(shù)<59來(lái)確定導(dǎo)航星在當(dāng)前時(shí)刻(T)在J2000.0直角坐標(biāo)系下的方 向矢量；4)將導(dǎo)航星在當(dāng)前時(shí)刻(T)在J2000.O直角坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐標(biāo) 系下的方向矢量；5)將歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)變成當(dāng)前時(shí)刻(T)下的天球坐標(biāo)系下的方向矢 量(Vcrft)；以及6)根據(jù)實(shí)際拍攝時(shí)刻(T+At)將導(dǎo)航星在當(dāng)前時(shí)刻⑴從天球坐標(biāo)系下的方向矢量 (Vceft)變到實(shí)際拍攝時(shí)刻(T+At)在地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)，并基于所述地固坐標(biāo) 系下的方向矢量(Vtkf)，獲得所述星敏感器的精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，在所述步驟；3)中，在所述當(dāng)前時(shí) 刻⑴下，導(dǎo)航星在J2000. O直角坐標(biāo)系下的方向矢量(veKW2_)為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，歷元黃道坐 標(biāo)系下的方向矢量(Vekf)基于所述導(dǎo)航星在J2000. 0直角坐標(biāo)系下的方向矢量(vCW2_)且 將所述J2000. 0坐標(biāo)系繞繞著所述J2000. 0坐標(biāo)系的X軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)23° 26' 21 “ 的變換之后獲得
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，將導(dǎo)航星在歷元黃道坐標(biāo)系下 的方向矢量(Vekf)轉(zhuǎn)變成當(dāng)前時(shí)刻(T)下的天球坐標(biāo)系下的方向矢量(Vckft)通過(guò)下述獲 得將歷元黃道坐標(biāo)下的方向矢量(Vekf)繞其Z軸順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)50.294T;接著繞第一次 轉(zhuǎn)動(dòng)后的坐標(biāo)系的X軸順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)23ti26~21~;接著繞第二次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)接著繞第三次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的Z軸順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)以及接著繞第四次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)￡a J #，以獲得含有章動(dòng)項(xiàng)的當(dāng) 前時(shí)刻(T)的天球坐標(biāo)系下的方向矢量(veKFT)，其中^P，a分別表示黃經(jīng)章動(dòng)和斜章動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，所述導(dǎo)航星在天球坐標(biāo)系下的 方向矢量(Vckft)通過(guò)下述公式獲得
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，根據(jù)IAU2000B章動(dòng)模型，^與黃經(jīng)章動(dòng)(<=φ )和斜章動(dòng)(妹)分別為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(6)進(jìn)一步包括(61)根據(jù)實(shí)際拍攝時(shí)刻(T+At)將導(dǎo)航星矢量從當(dāng)前時(shí)刻(T)天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到實(shí)際拍攝時(shí)刻(T+At)的地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)；(62)根據(jù)所述地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)通過(guò)QUEST方法求解星敏感器的最優(yōu)姿態(tài)矩陣(Aq (Tj U));以及(63)計(jì)算實(shí)際拍攝時(shí)刻(Tjα )的星敏感器主軸指向矢量/KT1J α);以及(64)計(jì)算實(shí)際拍攝時(shí)刻(Tjd)的星敏感器主軸指向矢量的夾角(Qij)，以獲得所述星敏感器的指向精度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，導(dǎo)航星在地固坐標(biāo)系下的方向矢量(Vtkf)通過(guò)將所述導(dǎo)航星在天球坐標(biāo)系下的方向矢量(Vckft)繞天球坐標(biāo)系的Z軸以Ω =7. 292115Χ 10_5rad/s逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)獲得
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，所述最優(yōu)姿態(tài)矩陣(Aq(TjU)) 通過(guò)使得下面的目標(biāo)函數(shù)J)Aq }T)臺(tái)達(dá)到最小值而獲得
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，所述星敏感器的主軸指向矢量 p(Tj勻)為
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的精度測(cè)量方法，其特征在于，所述星敏感器的主軸指向矢量的夾角(Qij)為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于星敏感器的精度測(cè)量方法，包括1)將星敏感器固定在地球上；2)向所述星敏感器輸入測(cè)試開始時(shí)間相對(duì)于J2000.0的時(shí)間T；3)根據(jù)導(dǎo)航星在J2000.0坐標(biāo)系下的赤緯和赤經(jīng)以及視運(yùn)動(dòng)參數(shù)(α′，δ′)確定在J2000.0直角坐標(biāo)系下的方向矢量；4)將導(dǎo)航星在J2000.0直角坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量；5)將歷元黃道坐標(biāo)系下的方向矢量轉(zhuǎn)變成天球坐標(biāo)系下的方向矢量(vCRFT)；6)將導(dǎo)航星從天球坐標(biāo)系下的方向矢量變到地固坐標(biāo)系下的方向矢量(vTRF)，并基于所述地固坐標(biāo)系下的方向矢量(vTRF)，獲得所述星敏感器的精度。根據(jù)本發(fā)明的方法，很容易實(shí)現(xiàn)該星敏感器的精度測(cè)量方法。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102288201SQ20111018926
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者孫婷, 尤政, 張高飛, 李濱, 邢飛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)