[發明專利]基于星點重構的星敏感器動態補償方法

有效

• 申請號: 201310209698.3
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103323027A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 鹿瑞;鄭然;杜建偉;李玉明;王艷寶;武延鵬;王曉燕
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明屬于恒星提取識別技術領域，適用于恒星敏感器動態性能研究。

背景技術

星敏感器是以恒星作為測量目標的光學姿態測量敏感器，能夠輸出高精度的姿態信息。星敏感器具有自主捕獲功能，可以為衛星在空間自主運行提供支持，是實現衛星控制分系統上水平的關鍵光學姿態測量部件。動態性能是衡量星敏感器性能的關鍵指標之一。星敏感器在高動態的工況下，受曝光時間影響，會使成像星點呈現出“拖尾”現象，即星點的光通量會散布在較多的像素上，導致星點模糊，信噪比較低，使得星點提取能力降低，無法保證星敏正常識別。目前國際上當星敏的角速度達到0.1°-0.2°/s時，星敏感器的定位精度下降，當星敏的角速度達到1°/s時，星敏感器不能跟蹤到星。為此需要開展星敏感器動態補償方法研究。由于星圖背景簡單，成像目標弱小，星敏感器動態補償研究富有挑戰性。Lockheed?Martin公司研制的AST-201和AST-301衛星上率先實現了動態補償算法，采用自主式延時積分（TDI）來完成X軸向的圖像運動補償（IMC）以防止精度衰減，既使在2.1°/s速度時，仍適用于自旋航天器。Y軸向使用圖像移動調節（IMA）來處理圖像拖尾，使合成圖像信噪比最大化，這樣可以在0.42°/s下做到穩健和精確的跟蹤。TDI和IMA均是通過FPGA硬件實現的，這就需要對星敏感器產品的硬件設計進行較大的改動，耗費較長的時間。A.Pasetti等人提出了星點的“動態binning”方法。在該方法中，為了抑制星點擴散，提高信噪比，將星點覆蓋的像素疊加到有限個位置。這個算法就需要獲得星點在像面上運動的極為準確的角速度，同時由于星點本身并不大，覆蓋像素不會超過20個，通過binning的方法，會致使星點過小，不利于星點識別及姿態計算。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供了一種基于星點重構的星敏感器動態補償方法，該算法簡單易行，完全基于軟件實現，無需對硬件進行任何改動；同時該算法無需任何外界條件的幫助。

本發明的技術方案是：基于星點重構的星敏感器動態補償方法，步驟如下：

1）設置一個長度為np幀的星圖隊列，該星圖隊列中每個元素記錄了這個星圖隊列中星點的像面坐標及該星點對應的導航星號；所述的星點包括提取星點或預測星點；

2）根據姿態濾波器計算星敏感器當前幀的角速度ω_t；

3）根據步驟2求得的當前幀的角速度ω_t以及前一幀星圖的姿態Q_t1，計算當前幀的姿態Q_t；當計算第一幀時，所述前一幀星圖的姿態為地面姿態控制系統提供的姿態；

4）根據步驟3獲得的當前幀的姿態Q_t，遍歷導航星表并尋找獲得出現在當前幀星圖中的預測星點在像面中的質心坐標；

5）以步驟4獲得的每個預測星點在像面中的質心坐標為中心建立一個N×N的窗口，在該N×N窗口內進行星點提取，獲得星點的像面坐標；所述N×N窗口的大小大于每個預測星點的大小；若提取的星點個數大于等于3個，本方法結束；若提取的星點個數小于3個，則進入步驟6對N1顆預測星點進行重構；所述的N1顆=（步驟4中獲得的當前幀星圖中的預測星點個數）—（步驟5中提取的星點個數）；

6）設當前星圖為第i幀第j顆導航星NS_j對應的N×N的窗口為w_j，j=1,2,…,N1；分別在第i幀星圖前面連續的np幀星圖中尋找并獲取第j顆導航星NS_j所對應的N×N的窗口，并將每個N×N的窗口劃分成N×N個像素點；

7）將步驟6獲得的第j顆導航星NS_j對應的m個N×N的窗口內的每個像素劃分成n×n的小網格，將前面np幀星圖的m個N×N的窗口分別平移，直至每幅星圖內星點質心所在的小網格均與當前幀第j顆導航星的質心重合，之后將m個N×N的窗口內的對應位置疊加，并以每幅星圖內星點質心所在的小網格為中心建立N×N的窗口作為疊加窗口，在此疊加窗口內進行星點提取；

8）將np幀星圖隊列的第一幀信息刪除，同時將當前幀星圖的星點的像面坐標及該星點對應的導航星號保存并作為np幀星圖隊列的最后一個元素；所述的星點包括提取星點或預測星點。