[發(fā)明專利]基于奇異值分解的星敏感器在軌標定方法

有效

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• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN110006462B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設計）人: 吳量;劉麗偉;許倩
• 申請（專利權）人: 長春工業(yè)大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發(fā)明涉及一種基于奇異值分解的星敏感器在軌標定方法，屬于天文導航領域。包括如下步驟：利用坐標變換過程中奇異值不變的特性建立校準模型；利用可觀測性對模型進行優(yōu)化；最優(yōu)星組合模型的選擇；奇異值的選擇；基于擴展卡爾曼濾波器EKF估計相機參數(shù)。與傳統(tǒng)的角距離（AD）方法相比，本發(fā)明方法的精度和收斂速度好，SVD方法的每幀平均標定時間明顯短于AD方法。這意味著SVD方法的計算成本比傳統(tǒng)方法明顯縮小，這對于資源有限的星敏感器具有非凡的意義。

技術領域

本發(fā)明涉及天文導航領域，特別涉及一種標定方法，尤指一種基于奇異值分解的星敏感器在軌標定方法。

背景技術

星敏感器是一種導航系統(tǒng)，通過對恒星的觀測，獲取載體的姿態(tài)信息。它是目前最精確的光學姿態(tài)傳感器。由于其導航精度高、自主性強、無累積誤差，受到航空航天工業(yè)的青睞。作為航天器的“眼睛”，星敏感器的精度直接決定了航天器的性能。然而，星敏感器是一種光學器件，其精度取決于成像質量和光學參數(shù)(包括焦距、主點和畸變)的精度。因此，標定是星敏感器的關鍵技術之一。

星敏感器的標定方法可分為地面標定和在軌標定兩類。一般地，地面標定方法需要積累大量的測量數(shù)據(jù)，因此該方法往往依賴于一個固定平臺和復雜的實驗機制，標定成本高。此外，星敏感器的實際工作環(huán)境與校準環(huán)境有著明顯的不同，空間參數(shù)可能發(fā)生變化。在大多數(shù)情況下，基于運行中的觀測數(shù)據(jù)進行在軌標定是必要的，以便實時更新參數(shù)，保持星敏感器的精度。目前星敏感器在軌標定方法主要依賴于星與星之間的角距離，很少有研究致力于尋找新的標定參考，這種方法數(shù)據(jù)存儲量較大、計算效率較低。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于奇異值分解的星敏感器在軌標定方法，解決了現(xiàn)有技術存在的上述問題。針對傳統(tǒng)方法的不足，本發(fā)明提供一種基于奇異值分解的星敏感器在軌標定方法，在星敏感器標定中具有良好的應用效果，尤其適用于計算資源有限的星敏感器。本發(fā)明采用不變奇異值做為定標參考，基于星矢量在坐標變換下奇異值不變的在軌標定方法，與傳統(tǒng)的基于角距離的方法相比，本發(fā)明的計算成本明顯降低。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

基于奇異值分解的星敏感器在軌標定方法，包括如下步驟：

步驟1)、利用坐標變換過程中奇異值不變的特性建立校準模型；

步驟2)、利用可觀測性對模型進行優(yōu)化；

步驟2.1)、最優(yōu)星組合模型的選擇；

步驟2.2)、奇異值的選擇；

步驟3)、基于擴展卡爾曼濾波器EKF估計相機參數(shù)。

步驟1)所述的利用坐標變換過程中奇異值不變的特性建立校準模型是：

通過相機模型，在圖像坐標系中給定觀測到的恒星質心的位置p_d＝[u_d,v_d]^T，求出相機坐標系w＝[x,y,z]^T中對應的恒星矢量，并將其關系表示為：

w＝F(s,f,u₀,v₀,k₁,k₂,p_d) (1)

其中F(·)是帶有失真的反投影函數(shù)，s是縱橫比，f是焦距，[u₀,v₀]^T為圖像坐標系中主點的坐標，k₁、k₂為畸變系數(shù)；

定義w_i是慣性坐標系中的一個導航星單位矢量，v_i是相機坐標系中的一個觀測星矢量；這兩個坐標系之間的變換是：

W＝CV (2)

其中W和V是列向量矩陣