一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法技术

本发明专利技术公开了一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，包括以下步骤：S1、采用天基小视场相机和星敏同时曝光扫描各自视场对应的天区，获取小视场相机拍摄的期望恒星图像和星敏测量坐标系下的卫星惯性四元数；S2、星敏分别根据天基小视场相机与星敏的测量信息计算恒星在星敏测量坐标系和天基小视场相机测量坐标系中的恒星矢量坐标；S3、通过最优估计算法计算天基小视场相机和星敏的测量偏差角的估计值；S4、设置步骤S3估计算法的限制条件，包括对所述估计值限幅以及对估计算法计时。本发明专利技术辨识精度高，辨识数据可直接用于下一次的载荷任务，提高定姿以及任务精度，具有较强的工程实用性。有较强的工程实用性。有较强的工程实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法


[0001]本专利技术涉及卫星姿态确定与基准辨识技术，具体涉及一种天基小视场相机与星敏感期测量基准同步的天文标定方法。

技术介绍

[0002]空间安全卫星需要获得目标卫星的位置和姿态信息，在姿态信息获取过程中涉及到星敏(星体姿态敏感器)相对于卫星本体坐标系的测量基准误差以及跟瞄单机(天基小视场相机)相对于卫星本体坐标系的测量基准偏差。
[0003]星敏以及天基小视场相机都是高精度光学仪器，存在多种误差源，例如安装误差，热变形误差，光学系统成像误差，加工装配误差，光轴不稳定性，CCD噪声、暗电流、响应不均匀性，电子线路噪声，标定误差等，因此必须进行误差标定补偿才能获得高精度测角。目前，星敏以及小视场相机的标定一般用地面标定试验设备进行标定，但由于地面标定相应的实验室及测控系统相当复杂，价格昂贵且地面标定的环境并不能完全真实模拟卫星在轨运行的各种空间环境。
[0004]其次，随着卫星在辐照环境下工作时间的增加，星敏以及天基小视场相机内部光学系统像差加大以及结构变形等，导致星敏以及小视场相机各种地面标定参数发生变化。星敏以及天基小视场相机实际在轨测量时，受安装误差及标定精度等各种因素影响，测量误差增大，降低了二者的测量精度；
[0005]再者，天基小视场相机一般限于视场大小，无法直接输出其测量系下的卫星惯性四元数信息，而在空间安全卫星的姿态指向控制中，常常会用到天基小视场相机和星敏的测量信息进行卫星姿态确定，所以需要对星敏及天基小视场相机之间安装偏差进行标定，并反映到高精度姿态确定中。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决目前的星敏以及天基小视场相机标定方法误差大、测量精度的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提出了一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，包括以下步骤：
[0008]S1、采用天基小视场相机和星敏同时曝光扫描各自视场对应的天区，期望恒星在天基小视场相机的视场中心附近，获取星敏测量坐标系下的卫星惯性四元数和小视场相机测量坐标系下的期望恒星图像；
[0009]S2、星敏分别根据天基小视场相机与星敏的测量信息计算同一恒星在星敏测量坐标系和天基小视场相机测量坐标系中的恒星矢量坐标；
[0010]S3、通过最优估计算法计算天基小视场相机和星敏的测量偏差角的估计值；
[0011]S4、设置步骤S3估计算法的限制条件，包括对所述估计值限幅以及对估计算法计时。
[0012]其中，所述步骤S1进一步包括以下步骤：
[0013]S11、利用卫星任意惯性空间的指向能力，使卫星上的天基小视场相机的光轴指向转至空间内的期望恒星，期间，卫星进行定速定角度范围的三轴姿态扫描，使得固连于卫星上的天基小视场相机的视场始终覆盖期望恒星，期望恒星在天基小视场相机拍摄图像的中心附近作“十”字轨迹运动，运动过程中，星敏实时处理小视场相机的测量图像信息，获取期望恒星在天基小视场相机测量坐标系中的矢量位置r；
[0014]S12、在天基小视场相机拍摄期望恒星所在天区图像时，星敏同步曝光获取自身视场对应的天区图像，并获取在星敏测量坐标系下的卫星惯性四元数q
is
。
[0015]其中，星敏将内部曝光信号实时发送给天基小视场相机，使两者下降沿同步。
[0016]其中，所述步骤S2具体为：
[0017]天基小视场相机将图像信息实时传递给星敏，星敏加载天基小视场相机的光学系统参数后，通过恒星识别算法识别图像，给出图像中的恒星在天基小视场相机测量坐标系中的恒星矢量坐标。
[0018]其中，天基小视场相机和星敏之间设置有高速通信接口。
[0019]其中，恒星在星敏测量坐标系中的恒星矢量坐标为：其中，恒星在星敏测量坐标系中的恒星矢量坐标为：其中为星敏星库中存储的惯性坐标系下的恒星矢量位置，A
is
可通过星敏的测量信息q
is
计算得到；
[0020]恒星在天基小视场相机测量坐标系中的恒星矢量坐标可通过星敏恒星识别算法处理相机拍摄的图像直接获得：
[0021]其中，所述步骤S3进一步包括以下步骤：
[0022]S31、建立与星敏测量平面垂直的参考平面，该参考平面的基矢量为H(k)；
[0023]S32、建立观测量
[0024]S33、计算小视场相机与星敏的测量基准偏差角度其中为小视场相机与星敏的测量滚动偏差角，Δθ(k)为小视场相机与星敏的测量滚动俯仰角，Δψ(k)为小视场相机与星敏的测量偏航偏差角。
[0025]其中，其中
[0026][0027][0028][0029]其中，A
bxj
为天基小视场相机测量坐标系到卫星本体系的转换矩阵，可通过相机的地面安装精测信息直接获得；A
sb
为星敏测量坐标系到卫星本体系的转换矩阵，可通过星敏的地面安装精测信息直接获得。的地面安装精测信息直接获得。
[0030]其中，Fai(k)＝H
T
(k)
·
H(k)+Fai(k
‑
1)，Fai(0)＝zeros(3,3)，Y(0)＝[0 0 0]T
，Fai
‑1(k)为矩阵Fai(k)的逆矩阵。
[0031]其中，所述步骤S4具体为：对天基小视场相机和星敏的测量偏差角的估计值进行限幅处理，幅值为0.1/57.3rad；对步骤S3的估计算法设置计数器，当该最优估计算法开启时，使计数器开始计时，计数50s后，取该最优估计算法的输出值作为小视场相机与星敏的测量基准偏差角度，此时退出该算法并将计数器清零。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033]本专利技术公开了天基小视场相机与星敏感器测量基准同步的自主天文标定方法,利用卫星姿态机动至指定天区后，天基小视场相机拍图，提取图像并与星敏的测量值进行比对，辨识相机与星敏感器的测量基准偏差，辨识精度高，辨识数据可直接用于下一次的载荷任务，提高定姿以及任务精度，具有较强的工程实用性；
[0034]设计天基小视场相机与星敏感器的高速图像通信接口，充分利用星敏感器成熟的恒星星点提取以及图像识别技术，提取小视场相机拍摄的实时恒星矢量，简化相机设计，相机不必具备波门图像提取、星点提取以识别、星图匹配等功能，具备在轨应用实际价值；
[0035]构建出星敏感器与天基小视场相机间安装误差角观测方程，根据相机中恒星在惯性空间中基准矢量信息、恒星矢量在平台上的观测信息、星敏感器获得的平台姿态信息等，通过最优估计方法辨识出二者相对安装误差角信息，对辨识的安装误差进行在轨修正，提高平台测量基准与相机指向的一致性。
附图说明
[0036]图1为本专利技术一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法的天文标定示意图。
具体实施方式
[0037]以下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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用天基小视场相机和星敏同时曝光扫描期望恒星所在天区，获取小视场相机拍摄的期望恒星星图和星敏测量坐标系下的卫星惯性四元数；S2、星敏分别根据天基小视场相机与星敏的测量信息计算恒星在星敏测量坐标系和天基小视场相机测量坐标系中的恒星矢量坐标；S3、通过最优估计算法计算天基小视场相机和星敏的测量偏差角的估计值；S4、设置步骤S3估计算法的限制条件，包括对所述估计值限幅以及对估计算法计时。2.如权利要求1所述的一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括以下步骤：S11、利用卫星任意惯性空间的指向能力，使卫星上的天基小视场相机的光轴指向转至空间内的期望恒星，期间，使卫星三轴姿态进行定速定角度范围的扫描，带动天基小视场相机光轴以所述期望恒星为中心进行“十”字轨迹扫描，通过小视场相机的测量信息，实时获取期望恒星图像；S12、在天基小视场相机拍摄扫描期望恒星时，星敏同步曝光自身视场对应的天区，并获取此时星敏测量坐标系下的卫星惯性四元数q
is
。3.如权利要求2所述的一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，其特征在于，星敏将内部曝光信号实时发送给天基小视场相机，使两者下降沿同步。4.如权利要求3所述的一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：天基小视场相机将图像信息实时传递给星敏，星敏加载天基小视场相机的光学系统参数后，通过恒星识别算法识别图像，同时给出图像中的恒星分别在星敏测量坐标系和天基小视场相机测量坐标系中的恒星矢量坐标。5.如权利要求4所述的一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，其特征在于，天基小视场相机和星敏之间设置有高速通信接口。6.如权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志杰，刘笑，孟其琛，郭正勇，戴维宗，丰保民，黄业平，沈庆丰，
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：