[發明專利]一種星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角估計方法

有效

• 申請號: 201710598419.5
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN109282830B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 葉濤;楊飛
• 申請（專利權）人: 北京遙感設備研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 王豐潮

1.一種星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角估計方法，其特征在于具體步驟為：

第一步構建星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角估計系統

星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角估計系統，包括：成像星點光斑參數獲取模塊、方向矢量校正模塊、目標函數確定模塊和誤差判定模塊；

成像星點光斑參數獲取模塊的功能為：獲取成像星點光斑在圖像平面的坐標和轉臺坐標系下的方向矢量；

方向矢量校正模塊的功能為：對轉臺坐標系下的方向矢量進行校正；

目標函數確定模塊的功能為：確定目標函數，優化星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角；

誤差判定模塊的功能為：對星點光斑的重投影誤差進行判定；

第二步成像星點光斑參數獲取模塊獲取成像星點光斑在圖像平面的坐標和轉臺坐標系下的方向矢量

平行光管產生的平行光經星敏感器成像，在星敏感器成像平面中形成星點光斑，成像星點光斑參數獲取模塊通過調節俯仰滾轉臺改變星敏感器坐標系的姿態，進而改變平行光經星敏感器成像產生的星點光斑在星敏感器坐標系的質心坐標；

成像星點光斑參數獲取模塊采集平行光管在星敏感器的成像星點光斑，記錄星點光斑在星敏感器坐標系下的質心坐標(u_s,v_s)和星點光斑在轉動后的轉臺坐標系下的方向矢量r＝(x_s,y_s,z_s)^T，設θ,ψ,φ分別表示星敏感器與基礎坐標系y軸、z軸、x軸的安裝誤差角，設(θ,ψ,φ)的估計初值為(0,0,0)；

第三步方向矢量校正模塊對轉臺坐標系下的方向矢量進行校正

星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角較小，結合小角度近似，方向矢量校正模塊獲取星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差矩陣M：

設星點光斑通過安裝誤差矩陣得到星點光斑在轉臺坐標系下的校正后的方向矢量為r_R＝(x_R,y_R,z_R)^T，則有：

r_R＝Mr (2)

將公式(2)展開：

第四步目標函數確定模塊確定目標函數，優化星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角

結合理想的小孔成像原理，目標函數確定模塊估算星點光斑在星敏感器坐標系下的質心坐標(u_d,v_d)：

式中，(u₀,v₀)表示星敏感器的主點位置，f表示星敏感器的焦距，得到(u_d,v_d)與安裝誤差角(θ,ψ,φ)的關系為：

給定N個星點光斑，1≤i≤N，目標函數確定模塊構建目標函數：

式中，(u_is,v_is)表示第i個星點光斑在星敏感器坐標系的質心坐標，(u_id,v_id)表示第i個星點光斑在轉臺坐標系下的方向矢量經過公式(5)估算得到的質心坐標，目標函數確定模塊對目標函數進行優化，獲得星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角的估計值；

第五步誤差判定模塊對星點光斑的重投影誤差進行判定

誤差判定模塊利用估算得到的安裝誤差角估計值根據小孔成像原理，得到平行光在星敏感器測量坐標下的星點光斑重投影質心坐標為：

式中，為平行光在星敏感器測量坐標下的星點光斑重投影質心坐標，誤差判定模塊獲取所有星點光斑的重投影誤差ε_p為：

式中，i表示第i個星點光斑，N表示星點光斑的總個數，(u_is,v_is)和分別表示第i個星點光斑在星敏感器測量坐標下的質心坐標和重投影質心坐標；

當重投影誤差ε_p小于容許誤差ξ_p時，則判定結束，得到最終的安裝誤差角估計值；否則重復進行轉臺坐標系下的方向矢量校正、確定目標函數及誤差判定，直到重投影誤差小于容許誤差為止；

至此，完成了星敏感器與基礎坐標系的安裝誤差角的估計。

2.如權利要求1所述的安裝誤差角估計方法，其特征在于：所述第四步目標函數確定模塊利用Levenberg-Marquardt非線性優化方式對目標函數進行優化。