[發明專利]一種星模擬器測試平臺及測試標定方法

無效

• 申請號: 201310500944.0
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103591966A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 王萌萌;蒙濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及衛星姿態測量領域，涉及一種簡便有效的星敏感器功能檢測型星模擬器測試平臺及測試標定方法。

背景技術

姿態控制系統是衛星復雜度最高的子系統之一，它的主要任務是實現衛星在空間特定坐標系中的指向和方位控制，一般由測量姿態矢量的敏感器、姿控計算機和執行部件構成。目前廣泛應用的姿態測量敏感器主要有：太陽敏感器、磁強計、陀螺、地球敏感器、星敏感器等。

星敏感器是目前已知的測量精度最高漂移最小的姿態測量部件。隨著衛星，洲際導彈，宇宙飛船等航天事業的迅猛發展，對精度也提出了越來越高的要求，星敏感器已有著不可替代的作用。

星敏感器的原理框圖如圖1所示，由光學系統完成對星空的光電轉換，將恒星成像到圖像傳感器上，處理器和控制器完成對圖像數據的采集，再由處理器對星圖進行去噪、閾值判斷、圖像二值化處理、星體目標識別、星點質心提取以及星圖匹配等一系列的算法處理，最后根據定姿原理解算出姿態角。

星敏感器設計完成后，需要對其探測星等、測量精度、星圖識別算法等進行地面標定或測試，我們將在地面完成這一過程的設備稱為星模擬器。按照工作方式的不同，一般把星模擬器分為兩類，標定型星模擬器和功能檢測型星模擬器。標定型星模擬器的作用是實現地面對探測星等和測量精度的標定。相應的設備對單星張角和星等的模擬精度要求很高，對實驗環境要求也高，如需要暗室操作，造價也較高。功能檢測型星模擬器的主要功能是可以在地面上進行星圖模擬，產生的星圖要和待測星敏感器的工作狀態相匹配，以便對星敏感器的星點提取和星圖識別算法進行功能測試，可以用其來實現地面星圖識別算法的研究和優化設計，不同天區的星圖模擬以及算法效率的驗證等，所以功能檢測型星模擬器對恒星在實際星空的位置，恒星的天空分布的模擬要求較高，它需要我們通過相應的坐標轉換來實現將實際分布于天球中的恒星按照一定的規律對應到顯示屏。

由于國內星模擬器測試平臺開展的研究工作較少，并且實現的多復雜且成本高，國外又對我國出口限制，因此，開展研究便攜式、小型化、簡便化、成本低的星模擬器具有較高的應用價值和較為可觀的現實意義。

發明內容

本發明提供了一種簡便有效的功能檢測型的星模擬器測試平臺及測試標定方法。

一種星模擬器測試平臺，包括圖形顯示器件、可調節高度的光滑平臺、帶有滑塊的滑軌和三軸精密位移平臺；

所述圖形顯示器件位于所述可調節高度的光滑平臺上且與所述滑軌相互垂直；

所述三軸精密位移平臺設置于所述滑塊上并可相對滑軌移動，所述三軸精密位移平臺的上方設置有星敏感器。

所述圖形顯示器件為筆記本顯示屏。筆記本顯示屏用于顯示模擬星圖。

星敏感器的鏡頭與所述顯示屏的距離為物距L，物距L的取值可根據實際標定計算選擇。通過調節滑塊的位置，可使前后移動滑塊位于滑軌上的位置來調節物距L，從而改變能夠進入鏡頭的顯示屏的大小。

圖形顯示器件距離鏡頭的位置為L；所述星敏感器的鏡頭與所示圖形顯示器件保持垂直，以減小測試誤差。

所述滑軌長為100cm。將滑軌設置為100cm，不僅使結構更加小型化，而且當需要對模擬星圖進行采集時，為模擬實際恒星的成像效果，即成像星點占據3×3像元，可在100cm的滑軌上移動滑塊以調節物距L。

所述星敏感器的圖像傳感器像素陣列大小為1024×1280，鏡頭的焦距大小為35mm。當將物距L調節為800mm時，星點大小約占3×3像元。

一種測試標定方法，包括：

（1）對星圖進行模擬；

（2）搭建上述星模擬器測試平臺，并進行水平度、垂直度以及圖形顯示器件可成像部分的中心位置O’（A_c,B_c）的標定；

（3）將步驟（1）中的模擬星圖成像在圖形顯示器件上；

（4）利用星敏感器采集圖形顯示器件上的模擬星圖，并對采集的星圖進行星圖識別算法的驗證。

步驟（1）中，對星圖進行模擬的具體方法為：通過matlab軟件并依據輸入的星敏感器的視軸指向和星敏感器的視場大小確定模擬天區，讀取基本模擬星表，查找出模擬天區范圍內所有的恒星，并通過坐標轉換將所有的恒星通過星敏感器的圖像傳感器對應到圖形顯示器件上的相應位置。

所述坐標轉換包括星敏感器坐標系和天球坐標系的坐標轉換。

步驟（2）中，所述標定方法包括：

a）對所述測試平臺進行準直測量；