[發(fā)明專利]一種多星圖姿態(tài)關(guān)聯(lián)的星敏感器內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710581215.0
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107449444B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴東凱;劉宇;馬麗衡;秦石喬;王省書;吳偉;鄭佳興;黃宗升;魏文儉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 李傳中

1.一種多星圖姿態(tài)關(guān)聯(lián)的星敏感器內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：為實現(xiàn)多星圖姿態(tài)關(guān)聯(lián)的星敏感器內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法的技術(shù)方案采用以下步驟實現(xiàn)：

步驟(1)：標(biāo)定開始；

(1.1)通過數(shù)據(jù)處理計算機控制陀螺組合體，使其開始進(jìn)行姿態(tài)解算，并輸出陀螺組合體相對于慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)，利用數(shù)據(jù)處理計算機采集陀螺組合體輸出的姿態(tài)數(shù)據(jù)和每個數(shù)據(jù)所對應(yīng)的UTC時間信息；

(1.2)利用數(shù)據(jù)處理計算機控制星敏感器使其開始拍攝恒星，并采集星敏感器拍攝得到的星圖，記錄每幀星圖對應(yīng)的UTC時間；

步驟(2)：標(biāo)定數(shù)據(jù)采集；

在標(biāo)定過程中通過手動或者二軸轉(zhuǎn)臺繞任意3個不同方向的轉(zhuǎn)軸分別轉(zhuǎn)動星慣組合系統(tǒng)，使星敏感器在不同的姿態(tài)下拍攝恒星；

步驟(3)：結(jié)束標(biāo)定數(shù)據(jù)采集；控制陀螺組合體和星敏感器停止工作；

步驟(4)：標(biāo)定數(shù)據(jù)處理；通過數(shù)據(jù)處理計算機運行算法進(jìn)行標(biāo)定數(shù)據(jù)處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多星圖姿態(tài)關(guān)聯(lián)的星敏感器內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：陀螺組合體進(jìn)行姿態(tài)解算的算法如下：

給定初始時刻t₀陀螺組合體的初始姿態(tài)矩陣為

第k個采樣時刻記為t_k，陀螺組合體中三個陀螺11，陀螺12，陀螺13輸出的角增量分別記為利用陀螺的角增量構(gòu)造姿態(tài)四元數(shù)：

其中符號[]^T表示矩陣的轉(zhuǎn)置；令q₀、q₁、q₂、q₃分別為q^k的第1～4個元素；

利用式(1)初始姿態(tài)矩陣計算t_k-1時刻到t_k時刻的陀螺組合體坐標(biāo)系的姿態(tài)變化矩陣：

利用步初始姿態(tài)矩陣和姿態(tài)變化矩陣進(jìn)行陀螺組合體姿態(tài)迭代更新，直至測量結(jié)束；

所述姿態(tài)更新迭代方程如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多星圖姿態(tài)關(guān)聯(lián)的星敏感器內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟(4)中具體的數(shù)據(jù)處理過程如下：

(4.1)標(biāo)定數(shù)據(jù)的預(yù)處理；

(4.2)星點提取與全天時星圖識別；

(4.3)給定星敏感器星的主點、焦距以及外參數(shù)初值；

(4.4)估計星敏感器的主點、焦距以及外參數(shù)；

(4.5)星敏感器的光學(xué)鏡頭畸變估計；

(4.6)判斷是否滿足標(biāo)定精度的要求；

(4.7)結(jié)束標(biāo)定。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用多星圖姿態(tài)關(guān)聯(lián)的星敏感器內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟(4.1)中標(biāo)定數(shù)據(jù)預(yù)處理的算法如下：

(4.1.1)計算載體的平均角速度:步驟2所采集到的陀螺數(shù)據(jù)相對應(yīng)的時標(biāo)記為t_k，利用陀螺輸出的角增量計算t_k時刻的載體運動的近似平均角速度，計算方法如下：

其中(m＝x,y,z)；N為1秒內(nèi)陀螺的采樣個數(shù)；

(4.1.2)時標(biāo)取齊:給定步驟2拍攝得到的第i幀星圖(i＝1…L，L為全部星圖幀數(shù))，相對應(yīng)的時標(biāo)記為t_i，讀取全部陀螺組合體數(shù)據(jù)時標(biāo)，查找陀螺組合體時標(biāo)數(shù)據(jù)，如果滿足|t_i-t_k|＜τ，(τ為陀螺數(shù)據(jù)采樣間隔)，則保存新的數(shù)據(jù)記錄，該新數(shù)據(jù)記錄的內(nèi)容包括時標(biāo)t_i，第i幀星圖，t_k時刻對應(yīng)的陀螺組合體姿態(tài)輸出以及載體角速度ω^k；

(4.1.3)剔除大動態(tài)數(shù)據(jù)：依次讀取步驟(4.1.2)保存的新數(shù)據(jù)記錄，如果ω^k＞0.1°/s，則剔除該數(shù)據(jù)記錄。