顾及温度效应改正的多星敏感器角速度重建方法

作     者：胡丹怡 吴云龙 肖云 仇越 吴晓辉 钟玉龙 

作者机构：中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院 华中科技大学精密重力测量研究设施 中国地质大学(武汉)区域生态过程与环境演变湖北省重点实验室 西安测绘研究所 地理信息工程国家重点实验室 航天东方红卫星有限公司 

出 版 物：《测绘学报》 (Acta Geodaetica et Cartographica Sinica)

年 卷 期：2024年第09期

页      面：1748-1760页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081601[工学-大地测量学与测量工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(42274111 41931074 42374032) 国家精密重力测量科学中心2024年度开放课题支持项目(PGMF-2024-P006) 中国地质大学(武汉)中央高校基本科研业务员(2024XLB13)~~ 

主　　题：星敏感器 视轴夹角 姿态四元数 温度效应 Hermite超曲面内插 

摘      要：高精度卫星姿态控制是卫星重力数据预处理的重要环节。地球重力场和海洋环流探测（GOCE）卫星搭载的关键荷载星敏感器在低轨运行状态中，不可避免地受到空间环境的温度变化影响，导致星敏感器视轴夹角（IBA）存在2″～14″偏移，直接影响卫星姿态的精度。定量分析温度效应对卫星姿态的影响，精确测定卫星角速度，是卫星数据预处理流程中的重要环节，直接影响高精度重力梯度分量构建的精度。本文基于GOCE卫星任务的特性，构建了一种多星敏感器联合姿态四元数的温度效应改正方法，包括星敏感器之间的相对姿态偏移量构建为温度相关线性函数，结合星敏感器各轴的精度差异建立加权矩阵，依据最小二乘原理得到最优姿态四元数重建角速度。同时，在原始姿态数据的解算中，构建一种对数四元数Hermite超曲面内插方法进行数据优化处理。研究结果表明，改正后的星敏感器姿态四元数计算出的IBA与参考框架信息对比无明显偏移。且经过温度效应改正后，星敏感器各轴角速度噪声水平大幅下降了约两个量级，精度达到10-10rad·s-1,显著提高了角速度重建的精度，各轴角速度精度保持良好一致性。基于本文方法计算得到的重力梯度迹的功率谱密度，在整个频域内有较为明显的改善。