萤火一号火星探测器MEMS陀螺姿态确定技术.pdf

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1、第30卷2013年第4期上海AEROSPACE航天SHANGHAI79文章编号：1006—1630(2013)04一0079—07萤火一号火星探测器MEMS陀螺姿态确定技术袁彦红1，尹海宁1，范蕾懿1，张巧云2(1．上海航天控制技术研究所，上海200233；2．中国电子科技集团公司第26研究所，重庆400060)摘要：对萤火一号(YH一1)火星探测器姿态控制分系统中石英微电磁系统(MEMS)陀螺的应用进行了研究。对MEMS陀螺进行了温漂标定试验和年漂测试专项试验。根据试验结果对MEMS陀螺进行建模，用高低温零位在轨标定算法对MEMS陀螺零住进行一次修正，再用星敏感器和陀螺联合定姿算法对

2、高低温零位标定残差进行二次在轨修正。数学仿真结果表明：高低温在轨修正算法争卡尔曼滤波算法有效，提高了石英MEMS陀螺的测量精度。关键词：YH—l火星探测器；姿态确定；石英MEMS陀螺；卡尔曼滤波中图分类号：V241．59文献标志码：AYH-1MarsProbeMEMSGyroAttitudeDeterminationTechnologyYUANYan-hon91，YINHai—nin91，FANLei—yil，ZHANGQiao—yun2(1．ShanghaiInstitute9fSpaceflightContr01Technology，Shanghai200233，China；2．C

3、hinaElectronicsTechnologyGroupCorporation26thResearchInstitute，Chongqing400060，China)Abstnct：TheapplicationofthequartzMEMSgyrousedintheattitudecontrolsubsystemofYH一1Marsprobewasstudiedinthispaper．ThetemperatureshiftcaIibrationandyearsbiastestofthegyroweredone．Themodelingofthegyrowasestabllshedac

4、cordingtothetestresults．ThefirstnuUcorrectionofthegyrowasmadebytheon—orbitcalibrationalgorithmofhigh—lowtemperaturenuU．Thesecondon—orbitcorrectionofthehigh．10wtemperaturenullcallbrationresidualerrorofthegyrowasupdatedbythestarsensorandgyrojointattitudedeterminationalgorithm．Thesimulationresultss

5、howedthattheon—orbitcalibrationalgorithmofhigh—lowtemperatureandKalmanfilterwereeffective，whichimprovedthemeasurementaccuracyofthegyro．Keywords：YH一1Marsprobe；Attitudedetermination；QuartzMEMSgyro；KalmanfilterO引言与传统机电类陀螺和光电类陀螺相比，石英MEMS陀螺无机械转动部件具外形尺寸小、质量轻、功耗低、寿命长、启动快、成本低、抗高冲击性强、可靠性高和易于数字化等优点口]。但其测量

6、精度低，主要是MEMS陀螺零位随温度变化(温漂)和MEMS陀螺零位随时间变化(年漂)，此两个缺陷限制了其在探测器上的应用。陀螺长时间在轨巡航段飞行后，因存在年漂，地面预先标定的陀螺常值漂移和经高低温温漂修正后仍会存在修正残差，可采用收稿日期：2012一09—25作者简介：袁彦红(1982一)，男，工程师，主要从事卫星姿态控制系统研究。星敏感器+陀螺联合卡尔曼滤波算法对零位修正残差进行实时在轨修正[2]。为满足YH一1火星探测器对重量、功耗的严格要求，同时克服MEMS陀螺测量精度问题，本文对陀螺高低温零位标定、年漂测试专项试验设计进行了研究，并根据测试结果设计了高低温零位在轨修正算法。1

7、石英MEMS陀螺基本原理YH一1火星探测器姿态使用了石英音叉MEMS陀螺，这是一种基于振动原理的新型固态陀螺，其结构如图1所示[34]。主要参数为：零偏