静基座初始对准条件下星敏感器精度测试方法

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1、静基座初始对准条件下星敏感器精度测试方法【摘要】提出了一种在初始对准条件下星敏感器精度测试方法。将星敏感器与陀螺、加速度计同轴安装，利用陀螺、加速度计数据与卡尔曼滤波算法，使星敏感器的三轴指向与地理坐标系精确对准，可以计算出测试时刻的理论输出值，将理论输出值与实际输出值比对，给出星敏感器的测角精度。　　【关键词】星敏感器精度评估初始对准经纬仪卡尔曼滤波　　1引言　　星敏感器的测角精度在几个角秒到几十个角秒不等，传统的方法主要依赖于高精度的模拟器，但是模拟器毕竟只是模拟输入，与真实星空不尽相同，测试数据也定与真实数据较有更大的差距。本文在利用

2、经纬仪准直法保证陀螺、加表与星敏感器三轴平行安装的情况下，利用卡尔曼滤波算法实现北东地地理坐标系与星敏感器测量坐标系对准，通过坐标变换把星敏感器实测数据与理论数据转换到同一坐标系下，从而实现在实际星空下对星敏感器精度的评估。　　2星敏感器测量坐标系与地理坐标系固连　　将星敏感器固定在地球上，那么星敏感器则随着地球转动，只要将星敏感器的测量坐标系与地理坐标系精确固连，根据坐标系转换则可以实现对星敏感器测角精度的评估。所谓的精确固连，就是精确确定星敏感器测量坐标系与地理坐标系的转换矩阵，或者利用某种手段使星敏感器测量坐标系与地理坐标系精确对准，

3、而现有的对准技术主要依赖于陀螺和加表，那么只要陀螺和加表与星敏感器平台安装，且实现陀螺加表的测量坐标系与星敏感器测量坐标系的精确标定，星敏感器测量坐标系与地理坐标系的对准问题就转化为陀螺和加表测量系与地理坐标系的对准问题，而陀螺和加表与地理坐标系的对准问题可以利用成熟的卡尔曼滤波算法实现，通过经纬仪布站方法可以实现陀螺加表坐标系与星敏测量坐标系转换矩阵的标定。　　2.1陀螺加表测量坐标系与星敏感器测量坐标系转换矩阵的确定　　通过精加工安装支架可以实现星敏感器与陀螺加表测量坐标系指向相同，实际安装时无法做到转换矩阵是绝对的单位阵，这就需要用经

4、纬仪布站的方法测量转换矩阵，需要4台经纬仪，记为T1、T2、T3、T4，实际测量时，T1、T2与星敏感器立方晶自准直建立星敏感器测量坐标系，用同样方法通过T3，T4建立惯测组合测量坐标系，再通过T1、T3互瞄可以得到陀螺加表测量坐标系与星敏感器测量坐标系的的转换关系，近似于单位阵。　　2.2陀螺加表测量坐标系与北天东地理坐标系的对准　　本文为了利用陀螺与加表的数据使星敏感器的测量坐标系与北东天地里坐标系对准，引进卡尔曼滤波器。依照文献[3，4]的方法在实验前进行初始对准，与捷联惯导系统不同的是，本文的实验前可以有足够长的对准时间，经过一定时

5、间的收敛，北向、东向的对准误差为20″，天向的对准误差为390″，北向、东向的对准误差影响星敏感器天向精度，天向的对准误差影响星敏感器水平向的精度。　　3实验时刻星敏感器理论输出数据的求取　　实验时，星敏感器随着地球转动，输出的姿态数据变化值与地球转速相对应，经过初始对准与经纬仪自准直，星敏感器的测量系已经与地理坐标系精确固连，而星敏感器测量的J2000系下的姿态四元数，此时星敏感器输出的姿态受到包括岁差、章动、极移、地球自转、测试地点经纬度、陀螺加表测量系与星敏感器测量坐标系转换阵、卡尔曼滤波器初始对准误差诸多因素的影响，可以用坐标变换与

6、误差传递原理扣除这些影响实现星敏感器绝对精度的评估，具体流程如图1。　　坐标变换内的参数具为公知常识，可以依照【摘要】提出了一种在初始对准条件下星敏感器精度测试方法。将星敏感器与陀螺、加速度计同轴安装，利用陀螺、加速度计数据与卡尔曼滤波算法，使星敏感器的三轴指向与地理坐标系精确对准，可以计算出测试时刻的理论输出值，将理论输出值与实际输出值比对，给出星敏感器的测角精度。　　【关键词】星敏感器精度评估初始对准经纬仪卡尔曼滤波　　1引言　　星敏感器的测角精度在几个角秒到几十个角秒不等，传统的方法主要依赖于高精度的模拟器，但是模拟器毕竟只是模拟输入

7、，与真实星空不尽相同，测试数据也定与真实数据较有更大的差距。本文在利用经纬仪准直法保证陀螺、加表与星敏感器三轴平行安装的情况下，利用卡尔曼滤波算法实现北东地地理坐标系与星敏感器测量坐标系对准，通过坐标变换把星敏感器实测数据与理论数据转换到同一坐标系下，从而实现在实际星空下对星敏感器精度的评估。　　2星敏感器测量坐标系与地理坐标系固连　　将星敏感器固定在地球上，那么星敏感器则随着地球转动，只要将星敏感器的测量坐标系与地理坐标系精确固连，根据坐标系转换则可以实现对星敏感器测角精度的评估。所谓的精确固连，就是精确确定星敏感器测量坐标系与地理坐标系

8、的转换矩阵，或者利用某种手段使星敏感器测量坐标系与地理坐标系精确对准，而现有的对准技术主要依赖于陀螺和加表，那么只要陀螺和加表与星敏感器平台安装，且实现陀螺加表的测量坐标系与星敏