[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

本發明涉及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，屬于航天器高精度在軌標定技術領域。首先以地面標定的光學系統內參數為初始光學系統內參數值，根據各個坐標系的關系和星敏感器星點的角距模型相結合列出星敏感器相機坐標系中方向矢量的夾角與天球坐標系中導航星夾角相等的關系，然后在此基礎上根據環境變化后星點之間觀測星角距與導航星角距不變的特點，建立此說明需要使用的星敏感器光學系統內參數微變化量的標定模型，最后利用擴展卡爾曼濾波算法（EKF)的濾波方法對光學系統內參數的微變化量進行標定。在對其微變化量標定結束后，加上其初始光學系統內參數值，即可得到環境變化后的光學系統內參數。

技術領域

本發明涉及航天器高精度在軌標定技術領域，特別涉及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，是一種針對星敏感器運行過程中在軌標定出其更高精度光學系統內參數的方法。

背景技術

星敏感器是以恒星為參照物，以航天器空間姿態測量為工作對象的高精度光學導航裝置，通過探測天球上的恒星，結合高精度的恒星天文坐標及星敏感器光學系統內參數(焦距、主點)，完成解算，具有自主導航能力，在航空航天領域廣泛應用。星敏感器是一種光學設備，使用其光學系統對恒星成像，得到恒星的觀測星圖。通過星圖預處理及質心提取，獲取恒星的圖像坐標，利用星圖識別算法將觀測星圖中的星點和導航星表中的星點進行匹配，根據已知高精度恒星天球坐標和質心的圖像坐標，結合星敏感器光學系統內參數，實現星敏感器光學系統坐標系在天球坐標系中的三軸姿態解算。星敏感器工作過程中，準確的光學系統內參數是保證高精度姿態測量的必要條件之一。

星敏感器交付使用前，需要在地面完成光學系統內參數的標定，然而星敏感器光學系統在發射和使用過程中，會受到振動、熱輻射等環境條件影響，使星敏感器光學系統像差加大和結構變形，導致實際使用過程中的光學系統內參數較地面標定時產生微小變化。內參數的微變化量會使星敏感器各種標定參數發生變化，降低星敏感器的姿態測量精度，尤其是主點位置的變化對姿態測量造成直接影響。因此，星敏感器光學系統內參數微變化量成為限制星敏感器精度測量的主要因素之一。傳統的在軌標定方法以光學系統內參數自身為標定對象，模型較為粗糙，通常將光學系統內參數的微變化量作為隨機誤差來處理，標定結果精度有待提高。因此需要在星敏感器工作過程中，有必要對內參數微變化量進行在軌高精度標定，對星敏感器進行標定補償，以保證姿態測量精度。

發明內容

本發明的目的在于提供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，解決了現有技術存在的星敏感器在軌標定中微變化量無法處理的問題。本發明實現了對星敏感器光學系統內參數的微變化量進行標定，主要用于主點位置、實際成像焦距。本發明以地面標定的光學系統內參數為初值，在對光學系統內參數微變化量標定后，加上其初始光學系統內參數值，即可得到變化后的光學系統內參數。與傳統的直接對光學系統內參數進行標定的方法相比，本發明能夠使星敏感器光學系統內參數的標定更加準確、高效，尤其是對于主點的標定精度更高，從而提高了星敏感器姿態計算精度。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

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，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：