[發明專利]一種小視場相機與星敏測量基準同步的天文標定方法

在審

• 申請號: 202211714550.0
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116007657A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 邵志杰;劉笑;孟其琛;郭正勇;戴維宗;豐保民;黃業平;沈慶豐
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G06T7/80
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 徐雯瓊;張靜潔

本發明公開了一種小視場相機與星敏測量基準同步的天文標定方法，包括以下步驟：S1、采用天基小視場相機和星敏同時曝光掃描各自視場對應的天區，獲取小視場相機拍攝的期望恒星圖像和星敏測量坐標系下的衛星慣性四元數；S2、星敏分別根據天基小視場相機與星敏的測量信息計算恒星在星敏測量坐標系和天基小視場相機測量坐標系中的恒星矢量坐標；S3、通過最優估計算法計算天基小視場相機和星敏的測量偏差角的估計值；S4、設置步驟S3估計算法的限制條件，包括對所述估計值限幅以及對估計算法計時。本發明辨識精度高，辨識數據可直接用于下一次的載荷任務，提高定姿以及任務精度，具有較強的工程實用性。

技術領域

本發明涉及衛星姿態確定與基準辨識技術，具體涉及一種天基小視場相機與星敏感期測量基準同步的天文標定方法。

背景技術

空間安全衛星需要獲得目標衛星的位置和姿態信息，在姿態信息獲取過程中涉及到星敏(星體姿態敏感器)相對于衛星本體坐標系的測量基準誤差以及跟瞄單機(天基小視場相機)相對于衛星本體坐標系的測量基準偏差。

星敏以及天基小視場相機都是高精度光學儀器，存在多種誤差源，例如安裝誤差，熱變形誤差，光學系統成像誤差，加工裝配誤差，光軸不穩定性，CCD噪聲、暗電流、響應不均勻性，電子線路噪聲，標定誤差等，因此必須進行誤差標定補償才能獲得高精度測角。目前，星敏以及小視場相機的標定一般用地面標定試驗設備進行標定，但由于地面標定相應的實驗室及測控系統相當復雜，價格昂貴且地面標定的環境并不能完全真實模擬衛星在軌運行的各種空間環境。

其次，隨著衛星在輻照環境下工作時間的增加，星敏以及天基小視場相機內部光學系統像差加大以及結構變形等，導致星敏以及小視場相機各種地面標定參數發生變化。星敏以及天基小視場相機實際在軌測量時，受安裝誤差及標定精度等各種因素影響，測量誤差增大，降低了二者的測量精度；

再者，天基小視場相機一般限于視場大小，無法直接輸出其測量系下的衛星慣性四元數信息，而在空間安全衛星的姿態指向控制中，常常會用到天基小視場相機和星敏的測量信息進行衛星姿態確定，所以需要對星敏及天基小視場相機之間安裝偏差進行標定，并反映到高精度姿態確定中。

發明內容

本發明的目的是解決目前的星敏以及天基小視場相機標定方法誤差大、測量精度的問題。

為實現上述目的，本發明提出了一種小視場相機與星敏測量基準同步的天文標定方法，包括以下步驟：

S1、采用天基小視場相機和星敏同時曝光掃描各自視場對應的天區，期望恒星在天基小視場相機的視場中心附近，獲取星敏測量坐標系下的衛星慣性四元數和小視場相機測量坐標系下的期望恒星圖像；

S2、星敏分別根據天基小視場相機與星敏的測量信息計算同一恒星在星敏測量坐標系和天基小視場相機測量坐標系中的恒星矢量坐標；

S3、通過最優估計算法計算天基小視場相機和星敏的測量偏差角的估計值；

S4、設置步驟S3估計算法的限制條件，包括對所述估計值限幅以及對估計算法計時。

其中，所述步驟S1進一步包括以下步驟：

S11、利用衛星任意慣性空間的指向能力，使衛星上的天基小視場相機的光軸指向轉至空間內的期望恒星，期間，衛星進行定速定角度范圍的三軸姿態掃描，使得固連于衛星上的天基小視場相機的視場始終覆蓋期望恒星，期望恒星在天基小視場相機拍攝圖像的中心附近作“十”字軌跡運動，運動過程中，星敏實時處理小視場相機的測量圖像信息，獲取期望恒星在天基小視場相機測量坐標系中的矢量位置r；

S12、在天基小視場相機拍攝期望恒星所在天區圖像時，星敏同步曝光獲取自身視場對應的天區圖像，并獲取在星敏測量坐標系下的衛星慣性四元數q_is。

其中，星敏將內部曝光信號實時發送給天基小視場相機，使兩者下降沿同步。