[發(fā)明專利]一種基于區(qū)域分割的星敏感器標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410319195.6
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104166985B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程會艷;鄭然;武延鵬;鐘俊;孫大開;周建濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種星敏感器標(biāo)定方法，屬于星敏感器標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

星敏感器作為一種獨立自主的高精度姿態(tài)測量儀器,已成為衛(wèi)星、航天飛機(jī)和空間站上必備姿態(tài)敏感部件。隨著衛(wèi)星高精度高可靠性的發(fā)展，對星敏感器定姿精度的要求越來越高，星敏感器的系統(tǒng)誤差是影響星敏感器定姿精度的主要因素。提高星敏感器系統(tǒng)誤差校正水平，是提高星敏感器測量精度的重要手段。目前采用的系統(tǒng)誤差校正方法—待定系數(shù)法，可以對星敏感器系統(tǒng)誤差中最主要的、數(shù)值較大的、規(guī)律性明確的部分誤差源進(jìn)行校正；但不能對某些數(shù)值相對較小、帶有隨機(jī)性的部分誤差源進(jìn)行校正，且該方法當(dāng)星敏感器視場較大時，其由一個曲面擬合很難再全視場范圍內(nèi)全面逼近像面，導(dǎo)致其標(biāo)定精度較低，且標(biāo)定殘差與標(biāo)定點到視場中心距離有關(guān)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于區(qū)域分割的星敏感器標(biāo)定方法，其通過將星敏感器視場劃分為n個區(qū)域，分別計算每個區(qū)域校正函數(shù)，使得標(biāo)定殘差不依賴于測試點到視場中心的距離，可獲得高精度的標(biāo)定結(jié)果，用以校正星敏感器的系統(tǒng)誤差，提高姿態(tài)測量精度。?

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：?

一種基于區(qū)域分割的星敏感器標(biāo)定方法包括步驟如下：?

(1)將星敏感器放置于兩軸轉(zhuǎn)臺(兩軸轉(zhuǎn)臺指可以沿兩個軸方向做轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺)上；?

(2)以均勻的角度轉(zhuǎn)動兩軸轉(zhuǎn)臺，同時對單星模擬器進(jìn)行成像觀測，成像觀測的具體方法為：獲取單星模擬器模擬的星點在星敏感器像平面上的?位置坐標(biāo)以及兩軸轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)，即得到一個成像點的數(shù)據(jù)，勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺m次(m為正整數(shù))，可獲得m個成像點數(shù)據(jù)，將這些成像點作為基準(zhǔn)網(wǎng)格點；?

(3)根據(jù)步驟(2)得到的基準(zhǔn)網(wǎng)格點和星敏感器視場大小將星敏感器視場劃分為n個相互獨立的校正區(qū)域，并根據(jù)每個校正區(qū)域所包含基準(zhǔn)網(wǎng)格點的平面位置坐標(biāo)和角度坐標(biāo)，為每個校正區(qū)域生成一組校正函數(shù)；?

(4)在不超出基準(zhǔn)網(wǎng)格點分布邊界的范圍內(nèi)選擇測試點，用于檢驗校正函數(shù)的標(biāo)校精度；?

(5)根據(jù)步驟(4)中的測試點位置判定其所屬的校正區(qū)域，并利用相應(yīng)的校正函數(shù)進(jìn)行計算轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)，將計算結(jié)果與步驟(2)中獲取的兩軸轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)進(jìn)行比較，計算各測試點標(biāo)校后的殘余誤差；?

(6)判斷所有測試點的殘余誤差是否滿足誤差要求，若滿足則該組校正函數(shù)可用于后續(xù)星敏感器系統(tǒng)誤差的校正，否則進(jìn)入步驟(2)重新劃分基準(zhǔn)網(wǎng)格點進(jìn)行測量。?

所述步驟(3)中校正函數(shù)生成的具體方法如下：?

根據(jù)每個校正區(qū)域包含的網(wǎng)格點在成像面上的位置坐標(biāo)與對應(yīng)的兩軸轉(zhuǎn)臺角度坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換關(guān)系，采用數(shù)據(jù)擬合的方法得到每個校正區(qū)域的基準(zhǔn)網(wǎng)格點從成像面坐標(biāo)到轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)，即校正函數(shù)。?

校正函數(shù)一般為多項式，其階數(shù)與校正區(qū)域個數(shù)n、每個校正區(qū)域的基準(zhǔn)網(wǎng)格點數(shù)相關(guān)。?

所述步驟(5)中殘余誤差的具體實現(xiàn)方法如下：?

(1)獲得第i個測試點平面位置坐標(biāo)，其中i初值為1，且小于等于測試點總數(shù)N，其中N為正整數(shù)；?

(2)判斷第i個測試點所屬校正區(qū)域，記第i個測試點所在區(qū)域為j，j初值為1，且小于等于測試點總數(shù)N；?

(3)利用第j個校正區(qū)域的校正函數(shù)計算該測試點校正后的角度坐標(biāo)；?

(4)將該測試點校正后角度坐標(biāo)與相應(yīng)的兩軸轉(zhuǎn)臺測量的角度坐標(biāo)進(jìn)行比較；?

(5)計算該測試點的殘余誤差(兩軸轉(zhuǎn)臺測量的角度坐標(biāo)減去測試點校正后角度坐標(biāo))；?

(6)重復(fù)步驟(1)到步驟(5)，依次計算N個測試點的殘余誤差；?

(7)統(tǒng)計所有測試點殘余誤差的最大值、最小值和平均值，并依次計算95％測試點的殘余殘差、90％測試點的殘余殘差和85％測試點的殘余殘差的最大值。?

所述的m為289；所述的n為225。?

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：?

(1)本發(fā)明通過對星敏感器視場進(jìn)行分區(qū)，并計算每個區(qū)域的校正函數(shù)，使得標(biāo)定精度對星敏感器成像面的曲面彎曲度不敏感，可獲得高精度的標(biāo)定結(jié)果用以校正星敏感器的系統(tǒng)誤差，提高產(chǎn)品的姿態(tài)測量精度。?

(2)本發(fā)明中的殘余誤差與標(biāo)定點到視場中心的距離無關(guān)，在視場邊緣可以獲得與視場中心相當(dāng)?shù)臉?biāo)定精度，適用于大視場光學(xué)敏感器的標(biāo)定，通用性更強(qiáng)，可靠性更高，應(yīng)用范圍更加復(fù)雜。?