[發(fā)明專利]基于星圖的幀間角速度計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710939708.7
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107588768A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙)22210
• 代理人: 陶尊新

基于星圖的幀間角速度計算方法，涉及天文導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有星敏感器姿態(tài)角速度數(shù)據(jù)過于依賴于姿態(tài)角數(shù)據(jù)的問題，該方法通過匹配連續(xù)時刻星圖中星點的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建兩幀星圖間的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣，求解姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣，即得到兩幀星圖間的姿態(tài)角變化。本發(fā)明無需星圖識別和絕對姿態(tài)計算，克服了姿態(tài)角差分法過于依賴姿態(tài)角數(shù)據(jù)有效性的問題，使星敏感器在姿態(tài)角輸出不穩(wěn)定時依然能夠得到穩(wěn)定的角速度測量數(shù)據(jù)，具有很強的工程應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天文導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于星圖的幀間角速度計算方法。

背景技術(shù)

第二代大視場星敏感器是以恒星為參照物，以矢量觀測為定姿原理的姿態(tài)敏感器，通過實現(xiàn)“星光進，姿態(tài)出”解決了“太空迷失”問題，完成了自主導(dǎo)航定姿的要求。

而基于星敏感器的角速度測量通常采用姿態(tài)角差分求解姿態(tài)角速度，這要基于星圖識別成功并且計算得到有效的姿態(tài)角數(shù)據(jù)，姿態(tài)角速度數(shù)據(jù)過于依賴于姿態(tài)角數(shù)據(jù)的有效性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有星敏感器姿態(tài)角速度數(shù)據(jù)過于依賴于姿態(tài)角數(shù)據(jù)的問題，提供了一種基于星圖的幀間角速度計算方法。

基于星圖的幀間角速度計算方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)：

步驟一、連續(xù)拍攝t時刻和t+Δt時刻的星圖，并對兩幀星圖中星點進行匹配，建立兩幀星圖中多個星矢量的匹配關(guān)系；

步驟二、對步驟一中所述的多個星矢量的匹配關(guān)系構(gòu)造歸一化的觀測矢量；

步驟三、根據(jù)連續(xù)拍攝時刻t到t+Δt星敏感器的姿態(tài)角變化，構(gòu)建兩幀星圖間的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣并根據(jù)步驟一中獲取的兩幀星圖中多個星矢量的匹配關(guān)系求解姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣獲得兩幀星圖間的姿態(tài)角變化，即：獲得兩幀星圖間的姿態(tài)角速度。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的方法無需星圖識別得到觀測矢量對應(yīng)的星光矢量信息，只需建立連續(xù)時刻星圖中星光矢量的對應(yīng)關(guān)系即可得到兩幀星圖間的姿態(tài)角變化，方法簡單，關(guān)系明確，易于實現(xiàn)，工作量小。

本發(fā)明所述方法克服了姿態(tài)角差分法過于依賴姿態(tài)角數(shù)據(jù)有效性的問題，使星敏感器在姿態(tài)角輸出不穩(wěn)定時依然能夠得到穩(wěn)定的角速度測量數(shù)據(jù)，具有很強的工程應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1中圖1a和圖1b分別為本發(fā)明所述的基于星圖的幀間角速度計算方法中連續(xù)拍攝時刻t、t+Δt拍攝星圖；

圖2為本發(fā)明所述的基于星圖的幀間角速度計算方法中星敏感器像平面坐標(biāo)系和像空間坐標(biāo)系的關(guān)系示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，基于星圖的幀間角速度計算方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)：

步驟一、如圖1所示，為星敏感器連續(xù)拍攝時刻t、t+Δt拍攝星圖，其中，星點A～星點E為t時刻星圖中提取星點，星點Aˊ～星點Eˊ為t+Δt時刻星圖中提取星點，對兩幀星圖中星點構(gòu)成的圖形進行匹配，建立匹配關(guān)系，即A～Aˊ、B～Bˊ、C～Cˊ、D～Dˊ、E～Eˊ。

步驟二、對兩幀星圖中已建立匹配關(guān)系的星點構(gòu)造歸一化觀測矢量，方法結(jié)合圖2，圖中O-uv平面為星敏感器像平面坐標(biāo)系，O_s-xyz為星敏感器像空間坐標(biāo)系，OO_s為星敏感器焦距f，目標(biāo)點S_i為恒星R_i在星敏感器探測器上的投影，假設(shè)目標(biāo)點S_i在星敏感器像面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(u_i,v_i)，目標(biāo)點S_i在星敏感器像空間坐標(biāo)系的觀測矢量歸一化后，