● 摘要
随着卫星任务复杂性的不断提高，人们对卫星姿态的精度和可靠性要求也越来越高。本文以具备自主性和高精度的星敏感器/陀螺组合姿态确定系统为研究对象，从滤波模型和算法两个方面研究提高姿态估计性能的方法。论文的主要研究工作如下：
首先，本文对基于EKF、IEKF、CKF、CDKF等非线性滤波算法的陀螺/星敏感器组合姿态确定方法性能进行了对比研究，仿真分析了初始状态误差、轨道参数以及星敏感器安装指向和数目对定姿算法性能的影响。星敏感器正交安装以及数目增加有助于提高定姿精度。
其次，为了适应非高斯测量噪声情况下卫星定姿应用的需要，研究了基于粒子滤波的定姿算法。在对比分析重要性密度函数、重采样方法以及粒子数的选取对定姿算法性能的影响基础上，仿真结果显示在非高斯分布测量噪声下，基于粒子滤波的定姿精度优于其他非线性滤波算法。
然后，利用矢量变换建立了关于姿态四元数的星敏感器线性测量模型，并对基于EKF实现的定姿算法有效性进行了仿真验证。同时，对比研究了基于正反向滤波融合和RTS平滑的事后姿态确定算法，初步验证该类平滑算法可以有效提高姿态估计精度。
最后，在建立包含陀螺安装误差和标度因数误差在轨标定模型的基础上，对基于星敏感器的陀螺参数在轨标定和补偿方法展开研究。仿真验证了合理的姿态机动可以有效提高误差参数的可观性和估计精度，从而提高姿态估计精度。