[發明專利]高精度星敏感器光學系統內參數微變化量的在軌標定方法

在審

• 申請號: 202211290287.7
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115630254A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 吳量;晉業晴;韓超;王紅梅;張豐
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06F17/16
• 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

1.一種高精度星敏感器光學系統內參數微變化量的在軌標定方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、進行地面標定，以地面標定的光學系統內參數為初始光學系統內參數值；

步驟二、星敏感器在軌工作過程中，通過光學鏡頭獲得恒星的圖像，然后進行星圖預處理，質心提取，獲取恒星質心在圖像中的位置；

步驟三、獲取恒星在圖像中的位置后，將拍攝后的星圖與導航星表進行星圖識別，通過星圖識別的匹配得到天球坐標系中的導航星和圖像坐標系下的觀測星；

步驟四、對光學系統內參數微變化量的標定：

設天球坐標系中的導航星V_i＝(X_i,Y_i,Z_i)，V_j＝(X_j,Y_j,Z_j)，如式(1)；恒星i在圖像坐標系下投影點坐標為(u_i,v_i)，則觀測星為S_i＝(u_i,v_i)，S_j＝(u_j,v_h)；以觀測星使用標準光學系統內參數主點和焦距反推相機坐標系中的點位置，得到方向矢量W_i和W_j，如式(2)；其中(u₀,v₀)表示主點坐標，f表示焦距，α_i，α_j與δ_i，δ_j分別表示赤經和赤緯；

根據星角距在坐標轉換下不變的原理，得到星敏感器相機坐標系中W_i和W_j方向矢量的夾角與天球坐標系中導航星V_i和V_j的夾角相等，表示為式(3)：

V_i^TV_j＝W_i^TW_j (3)

將式(2)帶入式(3)，求出恒星之間角距，如式(4)；

其中，

設環境變化后光學系統內參數變化為如式(6)

其中，δu₀，δv₀，δf為光學系統內參數微變化量；

設環境變化后由于光學系統內參數變化，圖像中星點位置變化為

其中，δu_i，δv_i，δu_j，δv_j為圖像中星點位置變化量；

則環境變化后的星角距為

即星點位置和光學系統內參數同時變化，觀測星角距與導航星角距不變；

其中，

由式(8)可得，

式(10)采用多元泰勒展開，去掉高階小項；

其中，

其中，

根據式(10)寫成

當拍攝出來的一幅拍攝的星圖中有n顆已識別出來的導航星時，則有：

M＝A*[δu₀ δv₀ δf]^T (16)

其中，

步驟五：將拍攝出來的星圖利用擴展卡爾曼濾波算法使星圖進行計算，對δu₀，δv₀，δf即主點坐標和焦距的微變化量進行標定。