星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法和系统。所述星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法包括：获取星敏感器光学系统参数；通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新。本发明专利技术的校正方法及系统仅对焦距进行最优化，从而大大减小了计算量，进而提高了其可行性和可靠性；进一步地，采用EKF算法进行滤波，减小了噪声对焦距更新结果的影响，进而进一步提高了系统的稳定性。

On-orbit adaptive correction method and system for optical system parameters of star sensor

The present invention relates to an on-orbit adaptive correction method and system for optical system parameters of star sensor. The on-orbit adaptive correction method of star sensor optical system parameters includes acquiring the parameters of star sensor optical system and updating the focal length of star sensor on-orbit by extended Kalman filter. The correction method and system of the present invention only optimize the focal length, thereby greatly reducing the amount of calculation, thereby improving its feasibility and reliability; furthermore, the EKF algorithm is used for filtering, which reduces the influence of noise on the focal length update result, and further improves the stability of the system.

【技术实现步骤摘要】
星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法及系统
本专利技术涉及星敏感器
，尤其涉及一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法及系统。
技术介绍
星敏感器是当前精度最高的姿态敏感器，在卫星姿态确定中被广泛运用。低频误差是星敏感器精度提升的瓶颈，光学系统误差是低频误差的重要组成部分，而光学系统标定可以有效减小该误差，光学系统标定分为地面标定和在轨标定。高精度星表是在轨标定常用的基准，TexasA&MUniversity-collegeStation(德克萨斯A&M大学)的Griffith根据星表计算出的星间角距，将遗忘因子递归最小二乘应用到光学系统参数的最优化计算中，以增加新数据在计算中的权重，防止参数漂移，并且分析了算法的稳定性和收敛性。国防科大的刘海波则提出了另一种最小二乘迭代结合卡尔曼滤波的在轨标定算法。哈工大的孙亚辉将透镜温度畸变补偿应用到在轨校正中去，经过仿真分析，提高了在轨校正的精度，但是只考虑了径向畸变，没有考虑切向畸变，也没有考虑离焦量的变化。以上研究虽然使用了星表基准，但是并不依据星间角距信息进行最优化，印度科学院航天工程研究所的Madhumita.Pal将闭式解法应用于在轨参数估计，同时计算出星敏感器内元素及姿态。哈尔滨工业大学的耿云海教授同样利用该解法进行参数估计，但是应用了不同的畸变模型。北京航空航天大学的魏新国博士提出了基于RAC约束的在轨校正算法，从单帧星图中分步解算出外部参数和内部参数，并利用多帧星图对内部参数进行整体优化。申娟博士在其基础上改进了内部参数的优化方法，提出卡尔曼滤波迭代作为内参数的最优估计。相较于星间角距基准，此类算法并不能无条件实现星敏感器内外参数的解耦，对每一帧星图都需要重新计算外参数，计算结果受噪声的影响较大。而如何高效且可靠的进行星敏感器光学系统参数在轨自适应校正，就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法及系统，以高效且可靠的实现星敏感器光学系统参数在轨自适应校正。为实现上述目的，本专利技术提供一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法，所述方法包括：获取星敏感器光学系统参数；通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新。在某些实施例中，所述通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新的步骤包括：根据公式(1)对星敏感器的焦距进行在轨更新；其中，为星间角距误差；mk为当前内元素；Pk为K帧星图的状态方差；Hk为相对mk的偏导数。在某些实施例中，通过公式(2)获取星间角距误差的获取步骤包括：其中：vi为第i个星点对应的惯性系下的星矢量，viTvj为第i个惯性系星矢量和第j个惯性系星矢量星间夹角的余弦值，Fij(mk)为内元素为mk时由星点坐标计算得到的星间夹角余弦值。在某些实施例中，根据公式(3)获取由星点坐标获取星间夹角余弦值：Fij(mk)＝wT(mk)w(mk)(3)其中，w(mk)为内元素为mk时由星点坐标计算得到的星敏感器坐标系下的星矢量。在某些实施例中，根据公式(4)获取相对mk的偏导数Hk；在某些实施例中，所述星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法，还包括：根据公式(5)获取K+1帧的状态量：在某些实施例中，所述星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法还包括：根据公式(6)获取K+1帧的状态方差：本专利技术还提供一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正系统，所述系统包括：参数获取模块，用于获取星敏感器光学系统参数；焦距更新模块，用于通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新。综上所述，本专利技术的星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法及系统，与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术的校正方法和系统，基于星表计算星间角距从而提高了测量的精度；同时，利用对焦距变化十分敏感的星间角距准则进行参数最优化，实现了内外参数的解耦；另外，本专利技术的校正方法及系统仅对焦距进行最优化，从而大大减小了计算量，进而提高了其可行性和可靠性；进一步地，采用EKF算法进行滤波，减小了噪声对焦距更新结果的影响，进而进一步提高了系统的稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法的一实现方式的流程示意图；图2为本专利技术的星敏感器光学系统参数在轨自适应校正系统的一实现方式的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等关系术语(如果存在)仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。在下述描述中，参考附图，附图描述了本专利技术的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本专利技术的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本专利技术.空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。正如前述所描述的，在星敏感器制造时会对光学系统参数进行地面标定，然而在轨使用过程中有许多因素会造成标定参数的改变，比如相较地面标定环境空间折射率的改变、热变形、发射时的振动及元器件的老化。通过在轨标定，定期对光学系统参数作出调整，有助于保持整个使用寿命期间的测量精度。而本专利技术不同于以往做法对焦距、主点、畸变的同时优化，本专利技术的申请人认为焦距是在轨变化的主要因素，仅对焦距进行一维滤波，主点与畸变仍然使用地面标定参数，以增强在轨标定的可靠性。同时，本专利技术的申请人认为星间角距准则能较好的实现内外参数的解耦，对焦距变化较为敏感，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法，其特征在于，包括：获取星敏感器光学系统参数；通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新。

【技术特征摘要】
1.一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法，其特征在于，包括：获取星敏感器光学系统参数；通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新。2.根据权利要求1所述的星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法，其特征在于，所述通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新的步骤包括：根据公式(1)对星敏感器的焦距进行在轨更新；其中，为星间角距误差；mk为当前内元素；Pk为K帧星图的状态方差；Hk为相对mk的偏导数。3.根据权利要求2所述的星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法，其特征在于，通过公式(2)获取星间角距误差的获取步骤包括：其中：vi为第i个星点对应的惯性系下的星矢量，viTvj为第i个惯性系星矢量和第j个惯性系星矢量星间夹角的余弦值，Fij(mk)为内元素为mk时由星点坐标计算得到的星间夹角余弦值。4.根据权利要求3所述的星敏感...

【专利技术属性】
技术研发人员：金荷，周琦，任平川，叶宋杭，刘轩，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31