纳卫星姿态确定 —— 第二部分：基于乘性扩展卡尔曼滤波的航位推算

本文是一系列研究纳卫星新型姿态确定方法的第二部分。我们的方法基于利用热成像传感器以亚度精度确定太阳和天底相对于卫星的方向。所提出的方法计划应用于立方星用于测量和定位瞬变源（Cubesats Applied for MEasuring and LOcalising Transients，CAMELOT）任务，该任务旨在以可与大型伽马射线空间观测台相媲美的效率和精度探测并定位伽马射线暴。本文中，我们引入了一个仿真模型，旨在测试我们姿态确定方法的适用性。其第一部分以任意初始条件模拟卫星的轨道和旋转，而第二部分应用我们基于乘性扩展卡尔曼滤波的姿态确定算法。模拟卫星假定配备有 GPS 系统、MEMS 陀螺仪和红外传感器。这些仪器为卡尔曼滤波提供所需的数据输入。我们通过模拟纳卫星在 Low Earth Orbit（近地轨道）上的运动来证明我们姿态确定算法的适用性。我们的结果表明，在红外传感器同时提供太阳和地球（天底）方向的开机时段，即使陀螺仪漂移较大，姿态确定的 1$\sigma$ 误差也可达 $\sim30'$。该精度优于红外传感器上的点源探测精度。然而，在太阳被地球遮挡的时段，姿态确定误差可高达 25$^\circ$。我们表明，在遮挡时段之后，一旦再次观测到太阳，卡尔曼滤波会立即恢复姿态信息。