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原文传递利用测速数据估计航天器自旋运动的方法和设备

专利名称：	利用测速数据估计航天器自旋运动的方法和设备
摘要：	本发明提出利用测速数据估计航天器自旋运动的方法和设备，适用于航天器姿态发生自旋故障，地面无法获得稳定遥测数据的情况下，进行航天器自旋运动的估计，从而辅助地面工程技术人员及时判断和处理姿态故障。本发明选定航天器的自旋角速度大小和方向为参数，建立测速数据观测模型。本发明通过航天器测速数据估计航天器自旋运动，适应性强，收敛迅速。该方案不依赖航天器遥测信息，可为航天器姿态异常情况下的姿态故障诊断和处置提供有效依据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国人民解放军63921部队
发明人：	徐得珍;李海涛;李赞;黄磊
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910369396.X
公开号：	CN110203424A
分类号：	B64G3/00(2006.01);B;B64;B64G;B64G3
申请人地址：	100094 北京市海淀区5131信箱1号
主权项：	1.一种利用测速数据估计航天器自旋运动的方法，包括：步骤1)：根据航天器精密轨道，确定航天器质心相对于多个地面测控设备在观测弧段内相对于航天器的速度并确定由于所述自旋运动引起的附加速度；步骤2)：针对每个地面测控设备得到的航天器自旋运动速度进行变换，以获得谱估计；步骤3)：针对每个地面测控设备的谱估计，确定其最强频谱分量对应的频率，以确定航天器自旋角速度大小的估计值；步骤4)：基于所述估计值建立航天器自旋运动速度的观测方程；步骤5)：选择状态向量X，并且基于观测方程和状态向量推导Jacobi矩阵；步骤6)：基于间接平差方法确定所述状态向量X的改正量步骤7)：基于迭代操作更新状态向量X的估计值，其中所述估计值X0表示状态向量X的初始估计值；以及步骤8)：将迭代操作结束后的估计值的第一至第三元素确定为自旋角速度的方向在航天器本体坐标系三个坐标轴上投影的估计值。 2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤1)包括：根据航天器精密轨道，计算航天器质心相对于地面测控设备n(n＝1，2，...，N)在时刻idt对航天器的速度vorbit(n，i)，然后根据式(1)计算由于自旋运动引起的附加速度vobs.spin(n，i)。 vobs.spin(n，i)＝vobs(n，i)-vorbit(n，i) (1) 。 3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤2)包括：根据式(2)对每个地面测控设备得到的航天器自旋运动速度进行傅里叶变换，以完成谱估计， P(n，f)＝FT(vobs.spin(n，i)) (2) 其中FT表示基于傅里叶变换进行谱估计。 4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤3)包括：对每一地面测控设备的测量数据所得频谱，找到其最强频谱分量对应的频率fn，并且根据下式(3)确定航天器自旋角速度大小的估计值，。 5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤4)包括：根据式(4)建立航天器自旋运动速度的观测方程，其中I3为3×3的单位矩阵，er(n，i)为地面测控设备n在时刻idt至航天器质心方向的单位向量，H0＝[H01H02H03]T是与时间、地面测控设备无关的常数未知向量，Eω根据下式(5)确定，其中eωx、eωy、eωz应满足如下式(6)的约束条件， 6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤5)包括：选择如下的待定参数作为状态向量X， X＝[eωx eωy eωz H01 H02 H03]T (7) 确定所述观测方程对状态向量的Jacobi矩阵B(n，i)为下式(8) 7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤6)包括：利用如下式(9)，求解状态向量X的改正量(向量)，其中[·]NI表示将地面测控设备1～N、时刻0～(I-1)的全部数据组成NI×1的列向量，并且组成列向量的顺序不限，并且式(9)中所有[·]NI的顺序一致，[·]\|X0表示计算[·]在X0处的结果，P为地面测控设备1～N、时刻0～(I-1)的全部数据的权矩阵(NI×NI)方阵，元素顺序与[·]NI的元素排列顺序一致，X0为状态向量X的初始估计值，在缺少足够先验信息的情况下，按照下式(10)取值，其中，A0为初始时刻i＝0时，航天器本体坐标系Ob-XbYbZb至地球赤道惯性坐标系O-XYZ的坐标转换矩阵，并且若无先验信息，则取为3×3单位矩阵，ρantenna为航天器天线在本体坐标系Ob-XbYbZb下的安装位置。 8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤7)包括：更新参数估计值，迭代求解直至收敛，包括：判断参数改正量的每个元素的绝对值与收敛门限Tol的大小：当退出迭代；否则，取作为新的初始化值X0，根据式(9)计算对应新的初始化值的参数改正量当迭代结束，根据下式(11)得到参数的估计值：其中的第1、2、3元素表示自旋角速度的方向在航天器本体坐标系三个坐标轴上的投影eωx、eωy、eωz的估计值。 9.一种利用测速数据估计航天器自旋运动的设备，包括：处理器；存储器，其包括计算机指令，当该计算机指令由所述处理器执行时，使得所述设备执行以下步骤：步骤1)：根据航天器精密轨道，确定航天器质心相对于多个地面测控设备在观测弧段内相对于航天器的速度并确定由于所述自旋运动引起的附加速度；步骤2)：针对每个地面测控设备得到的航天器自旋运动速度进行变换，以获得谱估计；步骤3)：针对每个地面测控设备的谱估计，确定其最强频谱分量对应的频率，以确定航天器自旋角速度大小的估计值；步骤4)：基于所述估计值建立航天器自旋运动速度的观测方程；步骤5)：选择状态向量X，并且基于观测方程和状态向量推导Jacobi矩阵；步骤6)：基于间接平差方法确定所述状态向量X的改正量步骤7)：基于迭代操作更新状态向量X的估计值，其中所述估计值X0表示状态向量X的初始估计值；以及步骤8)：将迭代操作结束后的估计值的第一至第三元素确定为自旋角速度的方向在航天器本体坐标系三个坐标轴上投影的估计值。 10.一种计算机可读存储介质，其包括由处理器执行的用于利用测速数据估计航天器自旋运动的程序，当所述程序由处理器执行时，执行以下的操作步骤：步骤1)：根据航天器精密轨道，确定航天器质心相对于多个地面测控设备在观测弧段内相对于航天器的速度并确定由于所述自旋运动引起的附加速度；步骤2)：针对每个地面测控设备得到的航天器自旋运动速度进行变换，以获得谱估计；步骤3)：针对每个地面测控设备的谱估计，确定其最强频谱分量对应的频率，以确定航天器自旋角速度大小的估计值；步骤4)：基于所述估计值建立航天器自旋运动速度的观测方程；步骤5)：选择状态向量X，并且基于观测方程和状态向量推导Jacobi矩阵；步骤6)：基于间接平差方法确定所述状态向量X的改正量步骤7)：基于迭代操作更新状态向量X的估计值，其中所述估计值X0表示状态向量X的初始估计值；以及步骤8)：将迭代操作结束后的估计值的第一至第三元素确定为自旋角速度的方向在航天器本体坐标系三个坐标轴上投影的估计值。
所属类别：	发明专利