建议的全球定位系统(GPS)传感器将提供有关近似姿态以及位置的信息。与其他基于GPS的姿态传感器不同,这种姿态传感器不依赖于载波相测量,因此不会受到从这些测量中确定姿态所涉及的困难和限制。相反,这种态度传感器将基于与昆虫的复合眼的概念相关,并且已经在星形跟踪器类型的光学姿态传感器中实现。

传感器将配备有安装在凸起半球形表面上的多个方向天线。将选择天线的数量及其表面上的位置,以获得常规或略微不规则的多面体(例如,半十二次面向或半IcosaheLal)排列。因此,每个天线的目的是从一个视野接收来自称为“可视化锥”的GPS信号,近似与由半球中心的多面体的相应面截起的实心角重合(见图)。

这个GPS传感器将包括六个天线,从半正十二面体的面向外定向。他们的视场将部分重叠“可视化锥”。这种安排的目的是根据每个天线“可见”的每个GPS卫星的已知位置推断传感器的方位。

利用传统的GPS功能,可以准确地知道GPS卫星和传感器的位置,从而准确地知道从传感器到每颗GPS卫星的方向。因此,通过给定天线接收来自一个或多个给定GPS卫星的信号将提供部分姿态信息:它将表明传感器是定向的,因此给定天线的可视化锥体包含对卫星的已知方向。同样地,通过其他天线同时接收GPS信号将可能得出关于传感器必须如何定位的额外结论,以使观测到的天线和信号的组合成为可能。

以这种方式获得的姿态估计的精度取决于许多因素,特别是包括天线的数量和处理信号接收数据的方式。原始数据的简单处理产生的姿态估计误差为视锥角的顺序(在半十二面体的情况下为几十度)。通过使用优化技术可以减少误差,例如,将更大的权值分配给来自锥间重叠方向的信号。通过增加天线数目,可以进一步减少误差,以获得更小的锥角和重叠;例如,一阶计算表明,16个天线分布在半球表面(在“buckeyball”上),误差将减少到<3°。加工上的改进应能使误差减少到次度范围。

这项工作是由David A. Quinn完成的戈达德太空飞行中心以及德克萨斯农工大学的约翰·c·克拉西迪斯。本发明为NASA所有,已申请专利。有关其商业开发的非独家或独家许可的查询应向

戈达德太空飞行中心专利律师;(301)286-7351

指gsc - 13966。


美国宇航局科技简报杂志

本文首次发表于1999年5月号美国宇航局技术简报杂志。

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