本發(fā)明屬于航天測(cè)量，尤其涉及一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、紅外地球敏感器可用于航天器相對(duì)于地球局地垂線的俯仰、滾動(dòng)姿態(tài)角信號(hào)的測(cè)量、初始狀態(tài)時(shí)航天器對(duì)地球的捕獲和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)航天器的姿態(tài)控制。目前使用的紅外地球敏感器包括面陣紅外地球敏感器、圓錐掃描式紅外地球敏感器和擺動(dòng)掃描式紅外地球敏感器。

2、但是現(xiàn)有技術(shù)中，姿態(tài)角的測(cè)量精度不高，如何提高姿態(tài)角的測(cè)量精度是當(dāng)前亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，發(fā)明的目的在于提供一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法及裝置，提高了姿態(tài)角的測(cè)量精度。

2、本發(fā)明的第一方面，提出了一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，包括：

3、基于設(shè)備探測(cè)面從n個(gè)方向測(cè)量宇宙空間的紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得n組宇宙空間紅外輻射數(shù)據(jù)；

4、對(duì)所述n組宇宙空間紅外輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得對(duì)宇宙空間視野的完整紅外圖像；

5、根據(jù)所述完整紅外圖像，提取地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)；

6、根據(jù)所述地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得空間飛行器姿態(tài)；

7、其中，n表示方向的數(shù)量，是大于等于4的整數(shù)，基于設(shè)備探測(cè)面所述n個(gè)方向分別指向宇宙空間的不同方向；

8、所述設(shè)備探測(cè)面的視野指向地球方向。

9、進(jìn)一步地，n為4時(shí)，n個(gè)方向包括：

10、第一方向、第二方向、第三方向和第四方向；

11、其中，所述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向在設(shè)備探測(cè)面上的投影夾角依次為90度。

12、進(jìn)一步地，完整紅外圖像中包含地球紅外圖像。

13、進(jìn)一步地，根據(jù)所述完整紅外圖像，提取地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)包括：

14、探測(cè)面指向地球邊界，獲取地球紅外輻射數(shù)據(jù)和太空紅外輻射數(shù)據(jù)；

15、其中，地球紅外輻射為高電平，太空紅外輻射為低電平，地球和太空的邊界點(diǎn)在紅外輻射數(shù)據(jù)由低變高的位置。

16、進(jìn)一步地，根據(jù)所述地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得空間飛行器姿態(tài)包括：

17、根據(jù)所述地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)中探測(cè)面完整的紅外輻射視場(chǎng)、地球和太空邊界點(diǎn)由低變高的位置，獲得n個(gè)方向地球和太空穿越點(diǎn)；

18、根據(jù)線陣紅外地球敏感器n個(gè)方向的穿越點(diǎn)數(shù)據(jù)獲得空間飛行器的姿態(tài)。

19、進(jìn)一步地，根據(jù)地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)中探測(cè)面完整的紅外輻射視場(chǎng)、地球和太空邊界點(diǎn)由低變高的位置，獲得n個(gè)方向地球和太空穿越點(diǎn)包括：

20、(xn,i，yn,i)為第i個(gè)像元在第n個(gè)方向上的坐標(biāo)，(xn,i+1，yn,i+1)第i+1個(gè)像元在第n個(gè)方向上的坐標(biāo)，(xn,i-1，yn,i-1)是第i個(gè)像元的前一個(gè)像元的坐標(biāo)，(xn,i+2，yn,i+2)是第i+1個(gè)像元的后一個(gè)像元的坐標(biāo)，i為像元編號(hào)，n是n個(gè)方向的編號(hào)，取值為1到n的整數(shù)；

21、并且在第n個(gè)方向上的所有相鄰兩個(gè)像元的縱坐標(biāo)的差值中，第i個(gè)像元和第i+1個(gè)像元的縱坐標(biāo)的差值yn,i+1-yn,i是最大的；

22、所述n個(gè)方向地球和太空穿越點(diǎn)坐標(biāo)為(xn,s，yn,s)，xn,s為第n個(gè)方向地球和太空穿越點(diǎn)橫坐標(biāo)，yn,s為第n個(gè)方向地球和太空穿越點(diǎn)縱坐標(biāo)，s表示該坐標(biāo)為穿越點(diǎn)坐標(biāo)；

23、其中，(xn,s，yn,s)滿足：

24、

25、其中，kn為第n個(gè)方向上的斜率，kn由以下公式確定：

26、

27、進(jìn)一步地，根據(jù)線陣紅外地球敏感器n個(gè)方向的穿越點(diǎn)數(shù)據(jù)獲得空間飛行器的姿態(tài)包括：

28、當(dāng)n等于4時(shí)，4個(gè)方向的地球和太空穿越點(diǎn)坐標(biāo)分別為(x1,s，y1,s)，(x2,s，y2,s)，(x3,s，y3,s)和(x4,s，y4,s)；

29、空間飛行器的姿態(tài)的俯仰角p和滾動(dòng)角r分別由以下公式確定：

30、

31、其中，x1,0、x2,0、x3,0和x4,0分別空間飛行器0姿態(tài)時(shí)候，4個(gè)方向的地球和太空穿越點(diǎn)理論橫坐標(biāo)；

32、fov為探測(cè)器一個(gè)探測(cè)元設(shè)計(jì)的空間視場(chǎng)角。

33、本發(fā)明的第二方面，提出了一種實(shí)現(xiàn)空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法的裝置，包括：

34、紅外輻射采集模塊，被配置用于基于設(shè)備探測(cè)面，從n個(gè)方向測(cè)量宇宙空間的紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得n組宇宙空間紅外輻射數(shù)據(jù)；對(duì)所述n組宇宙空間紅外輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得對(duì)宇宙空間視野的完整紅外圖像；根據(jù)所述完整紅外圖像，提取地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)；

35、姿態(tài)計(jì)算模塊，被配置用于根據(jù)所述地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得空間飛行器姿態(tài)；

36、其中，n表示方向的數(shù)量，是大于等于4的整數(shù)，所述n個(gè)方向分別指向宇宙空間的不同方向。

37、本發(fā)明的第三方面，提出了一種實(shí)現(xiàn)空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法的裝置，包括：存儲(chǔ)器和處理器：

38、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序；處理器，用于讀取所述存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序并執(zhí)行以下操作：

39、基于設(shè)備探測(cè)面，從n個(gè)方向測(cè)量宇宙空間的紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得n組宇宙空間紅外輻射數(shù)據(jù)；

40、對(duì)所述n組宇宙空間紅外輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得對(duì)宇宙空間視野的完整紅外圖像；

41、根據(jù)所述完整紅外圖像，提取地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)；

42、根據(jù)所述地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得空間飛行器姿態(tài)；

43、其中，n表示方向的數(shù)量，是大于等于4的整數(shù)，所述n個(gè)方向分別指向宇宙空間的不同方向；

44、所述設(shè)備探測(cè)面的視野指向地球方向。

45、本發(fā)明的第四方面，提出了一種處理器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，處理器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法。

46、本發(fā)明有益效果如下：

47、本發(fā)明所述的方法和裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地球太空穿越點(diǎn)的靜態(tài)成像，可以適應(yīng)不同的航天器軌道高度。本發(fā)明中，對(duì)多個(gè)方向的姿態(tài)角進(jìn)行測(cè)量，然后再聯(lián)合求解飛行器的姿態(tài)角，提高了航天器姿態(tài)角測(cè)量精度，為航天器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行提供技術(shù)條件。

技術(shù)特征：

1.一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，n為4時(shí)，所述n個(gè)方向包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，所述完整紅外圖像中包含地球紅外圖像。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)所述完整紅外圖像，提取地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)所述地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得空間飛行器姿態(tài)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)中探測(cè)面完整的紅外輻射視場(chǎng)、地球和太空邊界點(diǎn)由低變高的位置，獲得n個(gè)方向地球和太空穿越點(diǎn)包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)線陣紅外地球敏感器n個(gè)方向的穿越點(diǎn)數(shù)據(jù)獲得空間飛行器的姿態(tài)包括：

8.一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，所述裝置包括：

9.一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法，所述裝置包括：存儲(chǔ)器和處理器：

10.一種處理器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述處理器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種空間飛行器姿態(tài)測(cè)量方法及裝置，該方法包括：基于設(shè)備探測(cè)面從多個(gè)方向測(cè)量宇宙空間的紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得多組宇宙空間紅外輻射數(shù)據(jù)；對(duì)所述多組宇宙空間紅外輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得對(duì)宇宙空間視野的完整紅外圖像；根據(jù)所述完整紅外圖像，提取地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)；根據(jù)所述地球邊界紅外輻射數(shù)據(jù)，獲得空間飛行器姿態(tài)。本發(fā)明還提供了的空間飛行器姿態(tài)測(cè)量裝置。本發(fā)明的方法和裝置，能提高空間飛行器姿態(tài)測(cè)量的精度，適應(yīng)不同軌道高度的飛行器。

技術(shù)研發(fā)人員：周士兵,楊曉宇,于遠(yuǎn)航,袁志剛,朱進(jìn)興
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2