星敏感器与磁强计安装矩阵的测试监测方法及其误差分析

发布时间：2017-10-28 01:32

  本文关键词：星敏感器与磁强计安装矩阵的测试监测方法及其误差分析

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【摘要】：地磁导航因其自主式、全天候、无误差积累、精度高、适用范围广等优点,广泛应用于航天、航空、航海等领域,是一种新型的导航系统。采用先进技术对地磁场的精密测量,提高磁测精度,建立精密的地磁场数据库,已成为当今地磁导航领域中热点课题之一。卫星地磁测量是获取全球地磁场数据的重要工具,可以全球、全天候、高精度的测量地磁场,获取高质量、高精度的全球地磁场数据。星敏感器与磁强计安装矩阵的标定精度是决定整个卫星地磁测量系统磁测精度的关键技术之一,如何提高安装矩阵的标定精度具有重要的研究意义,本文对星敏感器与磁强计安装矩阵的测试与监测方法展开了深入研究。论述了卫星地磁测量系统的组成以及安装矩阵的测试必要性,包括地面测试与在轨监测;给出了一系列相关坐标系,论述了星敏感器、磁强计在不同坐标系下的误差模型,推导了在地理坐标下的磁强计测量数据表示;给出了安装矩阵的室外测试和室内转台测试总体方案设计,给出了自准直仪-平面镜和光栅测角的在轨监测总体方案设计,并论证了方案的可行性和精度分析。以上研究为安装矩阵的测试工作奠定了基础。利用已知地磁场强度、恒星星矢与当地经纬度设计了星敏感器与磁强计安装矩阵的室外测试方案,给出了安装矩阵的具体表示。基于Monte Carlo方法设计了仿真算法辨识误差参数,对误差参数的辨识精度及星敏感器与磁强计安装矩阵的各夹角测量精度进行了误差分析。仿真表明,室外测试方法对星敏感器与磁强计安装矩阵的各夹角测量精度较低,不能满足系统的设计要求。利用高精度的无磁转台、标准磁场、恒星模拟器、经纬仪及其他测量设备设计了星敏感器与磁强计安装矩阵的室内测试方案,给出了安装矩阵的具体表示。设计了仿真算法,验证了误差参数的分布特性,并对误差参数的辨识精度及星敏感器与磁强计安装矩阵的各夹角测量精度进行了误差分析。仿真表明,室内转台测试精度较高,安装矩阵各夹角的测试精度优于5",满足系统的指标要求。利用光学的自准直原理设计了一套自准直仪-平面反射镜监测系统,并利用高精度的分度头对其进行了标定,测量精度满足指标要求。设计了地面功能性监测实验,验证了自准直仪-平面反射镜监测法的可行性,测量精度也达到了指标要求。利用光栅的莫尔条纹测角原理,设计了一套光栅监测系统,分析了其测量不确定度,满足指标要求。利用地面功能性监测实验,验证了光栅监测方法的可行性,测量精度也达到了指标要求。
【关键词】：星敏感器 磁强计 姿态测量 卫星地磁测量 误差分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN966
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景和意义9-11
• 1.2 卫星地磁测量概述11-13
• 1.3 课题主要内容13-15
• 第2章 磁测系统组成及安装矩阵测量总体方案设计15-30
• 2.1 引言15
• 2.2 坐标系的建立15-18
• 2.3 磁强计、星敏感器误差模型18-20
• 2.3.1 磁强计误差模型18-19
• 2.3.2 星敏感器误差模型19-20
• 2.4 安装矩阵测试的整体方案设计20-23
• 2.4.1 安装矩阵的室外测试整体方案设计20-22
• 2.4.2 安装矩阵的室内测试整体方案设计22-23
• 2.5 安装矩阵监测的整体方案设计23-29
• 2.5.1 自准直仪-平面镜监测法23-27
• 2.5.2 光栅测角监测法27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 安装矩阵的室外测试30-55
• 3.1 引言30
• 3.2 室外测试准备工作30-31
• 3.3 磁强计与地理坐标系间的姿态矩阵31-35
• 3.4 星敏感器与地理坐标系间的姿态矩阵35-39
• 3.5 误差分析39-53
• 3.5.1 磁强计与地理坐标系姿态矩阵误差分析39-45
• 3.5.2 星敏感器与地理坐标系姿态矩阵误差分析45-50
• 3.5.3 磁强计与星敏感器安装矩阵的误差分析50-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第4章 安装矩阵的室内转台测试55-76
• 4.1 引言55
• 4.2 室内测试准备工作55-57
• 4.3 磁强计与转台零位间的姿态矩阵57-60
• 4.4 星敏感器与转台零位间的姿态矩阵60-63
• 4.5 误差分析63-74
• 4.5.1 磁强计与转台零位坐标系的安装矩阵误差分析63-68
• 4.5.2 星敏感器与转台零位坐标系的安装矩阵误差分析68-72
• 4.5.3 星敏感器与磁强计间安装矩阵的误差分析72-74
• 4.6 本章小节74-76
• 第5章 安装矩阵变化的监测方案76-93
• 5.1 引言76
• 5.2 自准直仪-平面反射镜监测法76-80
• 5.3 自准直仪监测实验及误差分析80-84
• 5.3.1 扭矩实验80-82
• 5.3.2 弯矩实验82-84
• 5.4 光栅监测法84-85
• 5.5 光栅监测实验及误差分析85-91
• 5.5.1 扭矩实验86-87
• 5.5.2 弯矩实验87-91
• 5.6 本章小结91-93
• 结论93-95
• 参考文献95-98
• 攻读学位期间发表的论文及其它成果98-100
• 致谢100

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本文编号：1106103