[發明專利]一種多視場星敏感器實驗室測試方法

有效

• 申請號: 201310270255.5
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103344256A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 王常虹;李葆華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種多視場星敏感器實驗室測試方法。

背景技術

星敏感器是以天球坐標系為參照系，以恒星為探測目標的高精度姿態測量儀器，它為衛星、深空探測器等各類航天器提供高精度的姿態信息。星敏感器是集光學、電子學、機械學以及圖像處理等眾多學科為一體的姿態測量儀器，主要是由機械結構單元、光學成像單元和電信號處理單元組成。單視場的星敏感器為了具備一定的星等敏感能力，數據更新率一般不可能很高。此外，受到星敏感器受自身結構的限制，其滾動角精度低，一般比偏航角和俯仰角約低一個量級。

為了提高星敏感器滾動角的精度，當前把星敏感器設計為多個視場，采用數據融合的方法利用多個視場的數據來提高星敏感器的精度，多視場星敏感器由于視場的有效擴充，帶來更豐富的觀測信息，可以進一步提高星敏感器的測量精度和工作可靠性。

針對單視場星敏感器，通常的地面功能測試方法主要有兩種：一種是在實驗室內對星敏感器算法和電性能測試，這種方法測試主要是采用星空模擬軟件從星表中搜索出視場內所有恒星，并通過相應的方法計算這些恒星在像平面內的理想星像坐標，通過通信接口，把計算的理想坐標發送星敏感器，星敏感器接收到理想星像坐標后進行處理。該測試系統由星圖模擬計算機、數據處理計算機、星敏感器及通訊線纜組成，一般選用星敏感器自帶的RS232(或RS422)測試接口作為通訊接口。為了進一步驗證星敏感器算法的魯棒性，實驗過程中，把所有理想恒星星像坐標增加ΔP(ΔP∈[-0.2，0.2])個像元的誤差。但是該方法只能考核星敏感器的電氣接口、電路功能以及算法功能，由于星空模擬軟件給星敏感器直接輸出了星像坐標，因此即不能考核光學系統，也不能測試性敏感器的極性。

另一種方法是使用光學多星模擬器進行測試星敏感器，即地面觀星或向光學系統投影星圖的試驗方法，光學手段獲取星圖進行測試星敏感器系統主要包括：暗室，光學隔振平臺，星圖模擬的計算機和顯示器，光學準直透鏡，星敏感器光學系統和電子系統，星敏感器和主控計算機的數據傳輸設備，主控計算機和星圖模擬計算機的通訊設備。首先由星圖生成計算機來產生模擬星圖，通過平面顯示器實現星點顯示。顯示的每個星點所發出的光通過準直透鏡后轉換成平行光，模擬真實天空中的導航星。模擬的星光通過星敏感器鏡頭后在星敏感器的感光器件上成像，星圖識別計算機用來顯示識別結果和姿態信息，并與模擬星圖產生計算機進行通訊，以保證信號的同步。該方法具有以下特點：利用計算機控制顯示器顯示星圖，可以進行全天空的星圖模擬；根據顯示器像素的特性，可以通過改變顯示器像素的顏色來模擬星空中星的顏色，通過改變像素亮度可以模擬不同的星等；可以根據航天器的飛行運行動力學，進行動態星圖獲取模擬；可以模擬在一定精度上的傳感器、執行器，以及在一定的空間環境(例如空間輻射)等條件下的星圖模擬。因此，這種方法既能測試星敏感器的算法、電子系統以及星敏感器的光學系統，也可以把光學多星模擬器與星載機算計采用有線連接后，進行整個閉環系統測試(如圖1所示)。

但是，多視場星敏感器由于一個星敏感器中包含了多個(至少兩個)光學系統，而且由于多視場星敏感器姿態信息融合的要求，這些視場之間拍攝的星圖不但需要相同時刻，而且拍攝的星圖之間必須滿足一定的幾何關系，因此，不能采用所有視場拍攝同一個光學多星模擬器的辦法來測試多星模擬器的系統，而在外場測試多視場星敏感器之前，必須首先在實驗室下測試多視場星敏感器的電子學系統、算法、光學等功能，因此必須設計一種測試多視場星敏感器的方法。

發明內容

基于以上不足之處，本發明提供一種多視場星敏感器實驗室測試方法，步驟如下：

(1)、動力學仿真計算機接收導航計算機的導航結果指令；

(2)、動力學仿真計算機根據導航結果指令中飛行器三軸加速度和上幀軌道六根數，利用飛行器軌道動力學，計算當前幀軌道六根數；

(3)、動力學仿真計算機根據導航結果指令中三軸姿態角速度和上幀姿態在軌道坐標系下姿態，利用飛行器姿態動力學，計算當前幀姿態在軌道坐標系下姿態；

(4)、根據計算的當前幀軌道六根數和軌道坐標系下的姿態，計算當前幀飛行器在慣性坐標系下的姿態；

(5)、利用飛行器和星敏感器第一視場的關系，計算星敏感器第一視場在慣性坐標系下的姿態矩陣C₁，以飛行器的坐標極性與第一星敏感器的坐標極性一致，此時星敏感器第一視場在慣性坐標系下的姿態就是飛行器在慣性坐標系下的姿態；