[發明專利]一種舷窗式星敏系統測試方法

有效

• 申請號: 201710189300.2
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106949907B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 王向;郭旭升;施常勇;張召弟;艾奇
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種舷窗式星敏感器系統測試方法，其特征在于步驟如下：

1)使用單星模擬器對帶舷窗和不帶舷窗式星敏感器進行測試，驗證舷窗對星敏感器定姿精度的影響；

2)在實際星空背景下通過星敏感器拍圖測試舷窗對星敏感器星等探測靈敏度影響；

3)將帶舷窗與不帶舷窗的星敏感器對準某一天區連續工作一段時間，測試舷窗對星敏感器靜態測量精度的影響；

4)將帶舷窗與不帶舷窗的星敏感器置于轉臺上旋轉，測試舷窗對星敏感器動態跟蹤性能影響；

5)利用太陽模擬器測試舷窗對星敏感器雜散光保護角的影響。

2.根據權利要求1所述的一種舷窗式星敏感器系統測試方法，其特征在于：所述步驟2)的具體測試方法為：將星敏感器對準真實星空拍圖，得到不帶舷窗與帶舷窗時視場內恒星的星等，及所拍攝圖像的對應像素灰度值；如果不帶舷窗與帶舷窗時星等均滿足不低于5.5等星，且拍攝圖像的對應像素灰度值變化小于10％，則舷窗不影響星敏感器星等探測能力及星圖識別功能；如果帶舷窗時探測星等低于5.5等星，或者對應像素灰度值變化超出10％，則舷窗影響星敏感器星等探測能力及星圖識別功能。

3.根據權利要求1所述的一種舷窗式星敏感器系統測試方法，其特征在于：所述步驟3)的具體測試方法為：在真實星空背景下，將星敏感器對準某一天區連續工作一段時間，將該段時間內星敏感器輸出的四元數轉換為姿態角，并統計靜態測量精度；帶舷窗后比對測試，如果帶舷窗與不帶舷窗的靜態測量精度差值在1″以內，則舷窗對星敏感器測量精度無影響；如果帶舷窗與不帶舷窗時靜態測量精度差值超出1″，則舷窗對星敏感器測量精度有影響。

4.根據權利要求1所述的一種舷窗式星敏感器系統測試方法，其特征在于：所述步驟4)的具體測試方法為：在真實星空背景下將星敏感器置于轉臺上以預設角速度旋轉，保證測試星敏感器在該預設角速度下穩定跟蹤，輸出四元數持續更新且有效；加舷窗比對測試，如果星敏感器仍能穩定跟蹤，則舷窗對星敏感器動態跟蹤性能無影響；如果星敏感器不能穩定跟蹤，輸出四元數出現短時間不更新，則舷窗對星敏感器動態跟蹤性能有影響。

5.根據權利要求1所述的一種舷窗式星敏感器系統測試方法，其特征在于：所述步驟5)測試舷窗對星敏感器雜散光保護角的影響的具體過程為：在暗室條件下，將星敏感器不帶舷窗置于轉臺上，設置太陽模擬器與星敏感器光軸成40°夾角，使太陽模擬器的光強達到0.5個太陽常數，用星敏感器進行拍圖，如果所拍圖像灰度值小于180，則該角度滿足星敏感器雜散光保護角；將舷窗固定到星敏感器前方拍圖，如果相同角度下圖像灰度值小于180，說明舷窗對星敏感器雜散光保護角無影響；如果圖像灰度值大于180，說明舷窗對星敏感器雜散光保護角有影響。

6.根據權利要求1所述的一種舷窗式星敏感器系統測試方法，其特征在于：所述步驟1)的具體方法為：

11)將星敏感器置于轉臺上，使單星模擬器與星敏感器的初始位置對準；在視場范圍內，隨機生成均勻分布的N個轉臺位置序列(α₁,β₁),(α₂,β₂),…(α_i,β_i)…,(α_N,β_N)，i＝1,2,……,N，其中α_i、β_i分別表示轉臺的俯仰角、偏航角；在(α_i,β_i)處采集星點質心坐標(x_ij,y_ij)，j＝1,2,……,M；N和M為正整數；

12)求取星敏感器靜態精度

A)求取星點質心定位精度

星點在轉臺轉角(α_i,β_i)處沿星敏感器x,y方向的質心定位精度(η_xi,η_yi)：

η_xi＝σ_xi·θx,σ_xi＝std(x_i1,x_i2,...,x_iM)

η_yi＝σ_yi·θy,σ_yi＝std(y_i1,y_i2,...,y_iM)

其中x，y為沿星敏感器圖像傳感器的行方向與列方向；θx、θy分別為圖像傳感器x、y方向一個像元對應的角度；(σ_xi,σ_yi)為(x_ij,y_ij)，j＝1,2,……,M的標準差；

則星敏感器在N個轉臺位置的質心定位精度為：

B)求取空間隨機誤差

根據轉臺轉角(α_i,β_i)得到該方向星矢量在星敏感器探測器上的理論坐標值(p_i,q_i)：

式中f_c為星敏感器鏡頭焦距，即鏡頭光學中心到圖像傳感器平面的距離；(a,b)為星敏感器光學主點，即星敏感器光軸在圖像傳感器成像面的坐標；(Dx,Dy)為星敏感器像元尺寸；

星敏感器在每個測試點(α_i,β_i)與測量的M個星點質心(x_ij,y_ij)均值的測角誤差(δ_xi,δ_yi)表示為：

計算獲得(δ_xi,δ_yi)在N個轉臺位置的均值與標準差(τ_δx,τ_δy)：

(τ_δx,τ_δy)為靜態情況下星敏感器x,y方向的空間隨機誤差；

C)星敏感器的靜態精度為：

其中N_star為星敏感器視場內參與姿態計算的恒星個數；

13)將舷窗固定在星敏感器前方，用上述方法測試舷窗式星敏感器靜態精度；如果帶舷窗與不帶舷窗的靜態精度差別在1″以內，則舷窗對星敏感器測量精度無影響；如果帶舷窗與不帶舷窗時靜態精度差別超出1″，則舷窗對星敏感器測量精度有影響。