平动点飞行器本体坐标系（Libration Point Spacecraft Body Coordinate System）

本文作者：天疆说

本文参考：钱霙婧(2014)《地月空间拟周期轨道上航天器自主导航与轨道保持研究》

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定义

平动点飞行器本体坐标系（Ob−XbYbZb\mathcal{O}_b - X_b Y_b Z_b）是以平动点飞行器质心为原点建立的机体坐标系，用于描述飞行器的姿态和敏感器安装方向。在钱霙婧(2014)的研究中，本体坐标系定义为惯量主轴坐标系，X_b 为滚动轴（Roll），Y_b 为俯仰轴（Pitch），Z_b 为偏航轴（Yaw）。

坐标轴定义

轴名称方向说明
X_b滚动轴（Roll）沿飞行器某一特征轴方向描述绕纵轴的旋转
Y_b俯仰轴（Pitch）沿飞行器另一特征轴方向描述绕横轴的旋转
Z_b偏航轴（Yaw）沿飞行器第三特征轴方向描述绕竖轴的旋转

三轴 XbX_b、YbY_b、ZbZ_b 构成右手直角坐标系。

与敏感器测量坐标系的关系

钱霙婧(2014)假设敏感器测量坐标系与平动点飞行器本体坐标系重合，安装误差另外考虑。这意味着：

  1. 敏感器的测量轴与本体坐标轴对齐
  2. 观测方程中的角度测量直接在本体系中进行
  3. 实际工程中需要考虑敏感器安装误差的补偿

在自主导航中的作用

观测方程

在自主导航系统中，敏感器测量的角度信息需要转换到惯性坐标系中：

ymeasured=Rb→i⋅ybody\mathbf{y}_{\text{measured}} = \mathbf{R}_{b \to i} \cdot \mathbf{y}_{\text{body}}

其中 Rb→i\mathbf{R}_{b \to i} 为本体坐标系到惯性坐标系的姿态转换矩阵。

姿态确定

星敏感器测量的是恒星方向在本体坐标系中的投影，结合姿态控制系统的姿态信息，可以建立观测方程进行状态估计。

姿态控制术语

术语英文描述
滚动Roll绕 X_b 轴的旋转
俯仰Pitch绕 Y_b 轴的旋转
偏航Yaw绕 Z_b 轴的旋转

相关概念

参考文献

  • 钱霙婧. 地月空间拟周期轨道上航天器自主导航与轨道保持研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2014.