一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法技术

一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，首先对帆板模型进行简化得到两个分别用于杂光直接进入分析、用于杂光一次镜面反射进入分析的简化模型，然后分别计算太阳光、月球光、地面地气光的可视范围角，最后利用杂光光源、干扰途径和敏感器特性推导出的判别公式，分别进行杂光直接进入干扰分析、杂光反射进入干扰分析。本发明专利技术提出的成像式敏感器动态杂光快速分析方法，解决了在引入考虑挠性附件振动的整星动力学条件下，利用杂光光源、干扰途径和相机特性推导可大幅降低运算量的直接判别算法，可考虑挠性附件表面反射产生的动态杂光干扰，分析效率显著提升，具有很好的使用价值。

A fast dynamic clutter analysis method for imaging sensors

A fast dynamic stray light analysis method for imaging sensor is presented. First, two simplified models for stray light direct entry analysis and stray light primary mirror entry analysis are simplified. Then the visual range angles of sunlight, moon light and ground air light are calculated respectively. Finally, stray light is used. The discriminant formulas derived from the characteristics of light source, interference path and sensor are used to analyze stray light directly entering interference and stray light reflecting into interference respectively. The fast analysis method for dynamic stray light of imaging sensor proposed by the invention solves the direct discrimination algorithm which can greatly reduce the calculation amount by using stray light source, interference path and camera characteristic under the condition of introducing whole-star dynamics considering the vibration of flexible appendage, and can consider the dynamic stray light generated by the reflection of flexible appendage surface. Interference, analysis efficiency is significantly improved, and has very good use value.

【技术实现步骤摘要】
一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法
本专利技术涉及杂光干扰分析的应用
，特别是一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法。
技术介绍
空间站将在核心舱实施太阳翼挠性测量与控制试验，通过在轨辨识获取太阳翼动力学参数。为确保试验过程挠性测量相机不受太阳光、月面光、地面/地气光等各类杂光干扰，需针对挠性测量相机(成像式敏感器)开展完善的空间杂光干扰分析，以优化挠性测量与控制试验开展时机与测试条件。针对前述目标，现有通用杂光分析算法/软件存在以下问题：1.对于星体反射光干扰，仅能在整星为刚体的假设条件下建模并开展分析，难以考虑帆板、天线等挠性附件起振时，表面反射产生的动态杂光。2.通常采用数亿条光线在多个固定位置、姿态条件下进行直接打靶分析(如TracePro)，大量传播路径计算为无效运算，分析效率过低(通常一次需三四个月)，难以用于挠性测量控制试验开展时机、测试条件的精细优化。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，解决了在引入考虑挠性附件振动的整星动力学条件下，利用杂光光源、干扰途径和相机特性推导可大幅降低运算量的直接判别算法，较传统所用的蒙特卡洛打靶分析方法可考虑挠性附件(如太阳帆板)表面反射产生的动态杂光干扰；充分利用杂光光源、干扰途径和相机特性，分析效率显著提升；可推广用于系统试验、整星模飞，实时分析各类敏感器受扰情况。本专利技术的技术解决方案是：一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，包括如下步骤：(1)对帆板模型进行简化得到简化模型A、简化模型B，其中，简化模型A用于杂光的直接进入分析，简化模型B用于一次镜面反射进入分析；其中，杂光包括太阳光、月球光、地面地气光；(2)分别计算太阳光、月球光、地面地气光的可视范围角；(3)进行杂光直接进入干扰分析；(4)进行杂光反射进入干扰分析。所述的简化模型A包括第一帆板区域的四个顶点、第二帆板区域的四个顶点；简化模型B包括对第一帆板区域、第二帆板区域进行有限元节点选取，得到的所有有限元节点。所述的分别计算太阳光、月球光、地面地气光的可视范围角为θs＝0.5°θm＝0.5°θe＝arcsin(Re/R)式中，θs、θm、θe分别为太阳光、月球光、地面地气光可视范围角，R为地心距，Re为地球半径。所述的进行杂光直接进入干扰分析方法包括如下步骤：(31)判断杂光或者地心矢量与成像式敏感器左右相机探头光轴矢量的夹角，是否小于杂光可视范围角与成像式敏感器左右相机半视场角的和，若不小于，则杂光不直接进入成像式敏感器相机视场，若小于，则转入步骤(32)；(32)判断帆板是否遮挡进杂光区域，若完整遮挡，则杂光不直接进入成像式敏感器相机视场，若不能完全遮挡，则杂光直接进入成像式敏感器相机视场，产生直接进入干扰。所述的判断杂光矢量或者地心矢量与成像式敏感器左右相机探头光轴矢量的夹角，是否小于可视范围角与成像式敏感器左右相机半视场角的和的方法为：计算得到太阳光与相机探头光轴矢量的夹角θs_ia、月亮光与相机探头光轴矢量的夹角θm_ia、地心矢量与相机探头光轴矢量的夹角θe_ia为：式中，Sx_b代指Ss_b、Sm_b、Se_b，Ss_b、Sm_b、Se_b分别为太阳光矢量、月亮光矢量、地心矢量，θx_ia代指θs_ia、θm_ia、θe_ia，||·||为矢量的二范数，Sp_b为成像式敏感器在航天器本体几何系下相机探头光轴矢量；if(θx_ia<θx+Fc)相应类型杂光遮挡保护判断...else认为相应杂光无直接入射干扰...end式中，θx代指θs、θm、θe，Fc为成像式敏感器相机探头半视场角。所述的判断帆板是否遮挡进杂光区域的方法为：(321)采用简化模型A，在成像式敏感器左右相机探头系下求解探头与第一帆板区域、第二帆板区域各个顶点连线的单位矢量；(322)根据探头与第一帆板区域、第二帆板区域各个顶点连线的单位矢量判断第一帆板区域、第二帆板区域是否能覆盖杂光进入区域，当第一帆板区域、第二帆板区域均不能覆盖杂光进入区域时，则成像式敏感器左右相机受到杂光直接入射干扰。所述的杂光反射进入干扰分析的方法包括如下步骤：(41)按有限元节点遍历计算反射后杂光矢量；(42)计算有限元节点至相机连线矢量与反射后杂光矢量的夹角，具体方法为:计算成像式敏感器在航天器本体几何系下探头至第i个有限元节点单位矢量Spni_b，并求Spni_b与光轴矢量Sp_b夹角θpni_ia。式中，式中，Pni_b＝PII+M1(90°)M2(-α)Pni_f为第i个有限元节点在航天器本体几何系下坐标，i为正整数，α为帆板的转角；(43)判断有无反射进入干扰。所述的按有限元节点遍历计算反射后杂光矢量的方法为：(411)计算帆板系下第i个有限元节点的实时位置Pni_f、姿态Ani_f为：Pni_f＝rni_f+Φniη(t)Ani_f＝A123(Γniη(t))其中，Pni_f为帆板第i个有限元节点的实时位置，rni_f为帆板第i个有限元节点静止时坐标，η(t)∈RQ为模态坐标，Φni∈R3×Q为帆板第i个有限元节点的平动振型参数，Ani_f为帆板坐标系至第i个有限元节点坐标系转换阵，Γni∈R3×Q为帆板第i个有限元节点的转动振型参数，Q＝15为模态阶数，A123(θ)＝M3(θ3)M2(θ2)M1(θ1)，θ1～θ3为θ的第1～3个坐标、M1、M2、M3分别为；(412)将杂光矢量或者地心矢量投影到第i个有限元节点坐标系，对Z坐标取反得到杂光矢量或者地心矢量在第i个节点处反射后矢量为式中，Sx_ni1～Sx_ni3为中间量Sx_ni的XYZ分量，Sx_ni为Sx_ni＝Ani_fAf_bSx_bAf_b＝M2(α)M1(-90°)。所述的计算有限元节点至相机连线矢量与反射后杂光矢量的夹角的方法为:计算航天器本体几何系下，探头至第i个有限元节点单位矢量Spni_b，进而计算其与光轴矢量Sp_b夹角θpni_ia为式中，式中，Pni_b＝PII+M1(90°)M2(-α)Pni_f为第i个有限元节点在航天器本体几何系下坐标，PII为航天器本体坐标下中-y轴指向帆板的安装位置，Prw_b为探头在航天器本体几何系下坐标。所述的判断有无反射进入干扰的方法为：(431)判断θpni_ia是否小于半视场角Fc，如果小于则转入步骤(432)进行反射杂光干扰判断，否则认为该节点不会对相机产生反射杂光干扰；(432)计算Spni_b与航天器本体几何坐标系下反射后矢量Sx_b的夹角θpnix_ia，如小于杂光可视范围角，则认为发生干扰，其中，本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术提出的成像式敏感器动态杂光快速分析方法，解决了在引入考虑挠性附件振动的整星动力学条件下，利用杂光光源、干扰途径和相机特性推导可大幅降低运算量的直接判别算法，可考虑挠性附件表面反射产生的动态杂光干扰；分析效率显著提升；可推广用于系统试验、整星模飞，实时分析不同工况下各类敏感器受扰情况。附图说明图1为本专利技术简化的帆板理想平板模型；图2为本专利技术动态杂光快速分析方法流程图；图3为本专利技术杂光直接入射遮挡保护判断流程图；图4为本专利技术杂光进入区域两侧密集点示意图；图5为本专利技术判断密集点是否在帆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，其特征在于包括如下步骤：(1)对帆板模型进行简化得到简化模型A、简化模型B，其中，简化模型A用于杂光的直接进入分析，简化模型B用于一次镜面反射进入分析；其中，杂光包括太阳光、月球光、地面地气光；(2)分别计算太阳光、月球光、地面地气光的可视范围角；(3)进行杂光直接进入干扰分析；(4)进行杂光反射进入干扰分析。

【技术特征摘要】
1.一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，其特征在于包括如下步骤：(1)对帆板模型进行简化得到简化模型A、简化模型B，其中，简化模型A用于杂光的直接进入分析，简化模型B用于一次镜面反射进入分析；其中，杂光包括太阳光、月球光、地面地气光；(2)分别计算太阳光、月球光、地面地气光的可视范围角；(3)进行杂光直接进入干扰分析；(4)进行杂光反射进入干扰分析。2.根据权利要求1所述的一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，其特征在于：所述的简化模型A包括第一帆板区域的四个顶点、第二帆板区域的四个顶点；简化模型B包括对第一帆板区域、第二帆板区域进行有限元节点选取，得到的所有有限元节点。3.根据权利要求1或2所述的一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，其特征在于：所述的分别计算太阳光、月球光、地面地气光的可视范围角为θs＝0.5°θm＝0.5°θe＝arcsin(Re/R)式中，θs、θm、θe分别为太阳光、月球光、地面地气光可视范围角，R为地心距，Re为地球半径。4.根据权利要求1或2所述的一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，其特征在于：所述的进行杂光直接进入干扰分析方法包括如下步骤：(31)判断杂光或者地心矢量与成像式敏感器左右相机探头光轴矢量的夹角，是否小于杂光可视范围角与成像式敏感器左右相机半视场角的和，若不小于，则杂光不直接进入成像式敏感器相机视场，若小于，则转入步骤(32)；(32)判断帆板是否遮挡进杂光区域，若完整遮挡，则杂光不直接进入成像式敏感器相机视场，若不能完全遮挡，则杂光直接进入成像式敏感器相机视场，产生直接进入干扰。5.根据权利要求4所述的一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，其特征在于：所述的判断杂光矢量或者地心矢量与成像式敏感器左右相机探头光轴矢量的夹角，是否小于可视范围角与成像式敏感器左右相机半视场角的和的方法为：计算得到太阳光与相机探头光轴矢量的夹角θs_ia、月亮光与相机探头光轴矢量的夹角θm_ia、地心矢量与相机探头光轴矢量的夹角θe_ia为：式中，Sx_b代指Ss_b、Sm_b、Se_b，Ss_b、Sm_b、Se_b分别为太阳光矢量、月亮光矢量、地心矢量，θx_ia代指θs_ia、θm_ia、θe_ia，||·||为矢量的二范数，Sp_b为成像式敏感器在航天器本体几何系下相机探头光轴矢量；if(θx_ia<θx+Fc)相应类型杂光遮挡保护判断...else认为相应杂光无直接入射干扰...end式中，θx代指θs、θm、θe，Fc为成像式敏感器相机探头半视场角。6.根据权利要求5所述的一种成像式敏感器动态杂光快速分析方法，其特征在于：所述的判断帆板是否遮挡进杂光区域的方法为：(321)采用简化模型A，在成像式敏感器左右相机探头系下求解探头与第一帆板区域、第二帆板区域各个顶点连线的单位矢量；(322)根据探头与第一帆板区域、第二帆板区域各个顶点连线的单位矢量判断第一帆板区域、第二帆板区域是...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙也，张国琪，郎燕，张迎发，宋明超，宋晓光，徐春，蒋金哲，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11