[發明專利]基于異步曝光的高精度星敏感器數據融合方法

在審

• 申請號: 201811522982.5
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109682369A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 鄭循江;李新鵬;毛曉楠;周琦;余路偉
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 包姝晴;徐雯瓊

本發明在一種基于異步曝光的高精度星敏感器數據融合方法中，控制星敏感器的各探頭異步曝光采集圖像；由星跟蹤算法確定定姿星，解算各探頭的姿態四元數；對參與融合的定姿星觀測星矢量做時空配準；將相鄰曝光時刻的兩探頭視場內的定姿星信息，進行星矢量級融合并解算姿態四元數；將融合后的姿態四元數轉到參考坐標系下輸出。本發明通過控制各探頭異步曝光，相鄰時刻曝光的兩探頭的視場信息融合解算姿態，將數據更新率提高；采用兩個探頭的定姿星做星矢量融合，擴大了視場角，提高了光軸方向的姿態角精度，同時相對于同步曝光中融合所有探頭的測量信息，降低了數據傳輸量，減小了參與解算的星矢量數目，減少了姿態解算的耗時，數據更新率高。

技術領域

本發明涉及一種多探頭星敏感器的數據融合方法，特別涉及一種基于異步曝光的高精度星敏感器數據融合方法。

背景技術

星敏感器是組成高精度姿軌控系統的關鍵部件，其以恒星為參考基準，具有定位精度高，質量小，功耗低，高度自主，并且無姿態累積誤差等優點，是目前所有姿態敏感器中精度最高的敏感器。傳統單探頭星敏感器的光軸方向姿態角精度一般比另外兩軸姿態角精度低一個數量級。由于單探頭星敏感器視場有限，導致觀測矢量空間分布較密集，月光等雜散光會降低系統可靠性。為了克服以上不足，通常在航天器上安裝兩個或兩個以上的星敏感器，它們獨立工作，互為備份，提高了姿態測量的精度和可靠性。

為了進一步改善星敏感器的性能，近年來國外出現了以法國Hydra星敏感器為代表的多探頭星敏感器。多探頭星敏感器，具有兩個以上光學探頭，通過一個線路盒將多個探頭的探測信息融合解算，可明顯提高光軸方向精度；同時多探頭的不同方位的安裝方式，可在某個探頭因遮擋、雜光等因素，無法輸出數據的情況下，穩定輸出姿態信息，提高了系統的可靠性。

多個視場觀測信息的融合處理方法作為多探頭星敏感器的關鍵技術之一，是當前的研究熱點。

多探頭星敏感器數據融合的方法較多，像素級圖像拼接，星矢量級融合，四元數融合等，但無論何種方式，均是為了提高系統的可靠性和姿態精度。參與融合信息的增多，導致計算量增大，實時性降低，因此，必然需要一種保證姿態角精度的同時提高數據更新率的方法。

發明內容

本發明涉及一種基于異步曝光的高精度星敏感器數據融合方法，旨在達到既滿足三軸姿態角精度一致，又能提高數據更新率的目的，用于指導多探頭星敏感器視場融合工作模式設計。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種基于異步曝光的高精度星敏感器數據融合方法，包含以下步驟：

S1、控制星敏感器的各探頭異步曝光采集圖像；

S2、由星跟蹤算法確定定姿星，解算各探頭的姿態四元數；

S3、對參與融合的定姿星觀測星矢量做時空配準；

S4、將相鄰曝光時刻的兩探頭視場內的定姿星信息，進行星矢量級融合并解算姿態四元數；

S5、將融合后的姿態四元數轉到參考坐標系下輸出。

優選地，三個探頭以T/3為時間間隔的曝光控制時序依次啟動曝光，T 為前一拍曝光起始時刻與后一拍曝光起始時刻之間的時長。

優選地，曝光結束后，保存采集的星圖到指定位置；由質心提取算法對采集的星圖提取探測星星點質心數據，由星圖識別算法確定導航星，由星跟蹤算法確定定姿星。

優選地，根據定姿星觀測星矢量、對應的導航星在天球坐標系下的參考星矢量，解算單個探頭的姿態四元數。