專利名稱：一種高動(dòng)態(tài)下恒星星像恢復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高動(dòng)態(tài)下恒星星像恢復(fù)方法。
背景技術(shù)：
星敏感器是以已知準(zhǔn)確空間位置、不可毀滅的恒星為基準(zhǔn)，并通過(guò)光電方式被動(dòng)探測(cè)天體位置，經(jīng)解算確定測(cè)量點(diǎn)所在平臺(tái)的經(jīng)度、緯度、航向和姿態(tài)等信息。星敏感器是通過(guò)測(cè)量恒星的方位來(lái)計(jì)算飛行器姿態(tài)的姿態(tài)敏感器件。星敏感器在眾多姿態(tài)敏感器中具有精度高、重量輕、功耗低、無(wú)漂移和工作方式多樣等優(yōu)點(diǎn)。早期的星敏感器使用的探測(cè)器靈敏度差，噪聲大、視場(chǎng)小。為保證恒星星像能量足夠不得不設(shè)置較長(zhǎng)的積分時(shí)間，小視場(chǎng)也導(dǎo)致星表大，算法復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理過(guò)于耗時(shí)，這些因素都造成廣品的動(dòng)態(tài)性能不聞。目前國(guó)外研制的CXD星敏感器已經(jīng)過(guò)了大量飛行使用和在軌驗(yàn)證，動(dòng)態(tài)性能也發(fā)展了到了一個(gè)較高的階段，一般都低于2° /s，更新率5-lOHz。如我國(guó)衛(wèi)星使用較多的德國(guó)Jena-Optronik公司的ASTR0-10,該產(chǎn)品可在2° /s的情況下星跟蹤,而且精度不高。APS星敏感器雖然在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)性算法研究等方面取得了很大進(jìn)步，但是由于APS探測(cè)靈敏度不高，噪聲較大，采用APS探測(cè)器研制的星敏感器動(dòng)態(tài)性能不高。近兩年，國(guó)外出現(xiàn)了一種采用多頭設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)一步擴(kuò)大星敏感器的視場(chǎng)，讓視場(chǎng)中有更多的亮星，從而整體提高星敏感器的探測(cè)能力，降低了對(duì)單個(gè)探測(cè)器極限探測(cè)能力的要求，同時(shí)可以進(jìn)一步縮小星表，提高星圖識(shí)別速度，大大提高了星敏感器的動(dòng)態(tài)性能。如法國(guó)SODERN公司研制的HYDRA，采用三探頭的APS探測(cè)方案，擴(kuò)大了組合視場(chǎng)，增加了可用星數(shù)，通過(guò)優(yōu)良的軟件設(shè)計(jì)和信息融合，使得APS星敏感器也獲得了高動(dòng)態(tài)性能。星敏感器恒星星等探測(cè)能力指星敏感器光電探測(cè)系統(tǒng)敏感星光信號(hào)的能力，包括極限星等探測(cè)能力和視場(chǎng)中能夠探測(cè)到的平均星數(shù)，這是星敏感器工作的前提。星敏感器的各項(xiàng)光電參數(shù)都是在恒星星等探測(cè)能力分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在高動(dòng)態(tài)條件下，恒星星像出現(xiàn)“像素拖移”，能量分散，若恒星星等探測(cè)能力達(dá)不到要求，就會(huì)導(dǎo)致視場(chǎng)內(nèi)可用恒星數(shù)量不夠。恒星星等探測(cè)能力的分析涉及光電探測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)傳感環(huán)節(jié)，光電探測(cè)系統(tǒng)由光學(xué)鏡頭、探測(cè)器、探測(cè)驅(qū)動(dòng)以及處理電路組成。恒星星光經(jīng)鏡頭匯集在探測(cè)器像元上，考慮所有影響恒星成像的因素，探測(cè)器的探測(cè)能力取決于單個(gè)像元能量響應(yīng)函數(shù)，從響應(yīng)函數(shù)可知，積分時(shí)間長(zhǎng)，光斑能量集中，鏡頭的光透過(guò)率高，探測(cè)器量子效率高，光學(xué)通光孔徑面積大，則系統(tǒng)的星等探測(cè)能力強(qiáng)。探測(cè)器的量子效率反映了探測(cè)器的光靈敏度。實(shí)際上，探測(cè)器的性能參數(shù)和光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，不能獨(dú)立的去設(shè)計(jì)。由于在高動(dòng)態(tài)條件下，恒星能量分散，為了進(jìn)一步提高星敏感器的探測(cè)靈敏度，大部分提高光學(xué)孔徑角度來(lái)增加通過(guò)鏡頭的恒星能量，但是鏡頭的孔徑不能隨意增大，與焦距有關(guān)，同時(shí)隨著透鏡孔徑的增大，星敏感器的質(zhì)量也增加，鏡頭的畸變也增大，因此，為了提高高動(dòng)態(tài)條件下星敏感器的探測(cè)能力，不得不增加星敏感器的積分時(shí)間，但是隨著積分時(shí)間的增加，恒星星像能量越分散，“像素拖移”程度越大，導(dǎo)致恒星星像不服從高斯分布，此時(shí)不能直接采用重心法來(lái)提取恒星星像坐標(biāo)，否則提取的恒星星像坐標(biāo)不正確。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上不足之處，本發(fā)明提出一種高動(dòng)態(tài)下恒星星像恢復(fù)方法如下:1:利用當(dāng)前幀T1的姿態(tài)四元素q和上幀T2的姿態(tài)四元素V，計(jì)算當(dāng)前幀星敏感器的光軸指向G和上幀星敏感器的光軸指向( ；2:利用方向矢量6和(52，計(jì)算星敏感器前幀T1和上幀T2光軸指向之間的夾角
權(quán)利要求
1.一種高動(dòng)態(tài)下恒星星像恢復(fù)方法，其特征在于，方法如下: (1):利用當(dāng)前幀T1的姿態(tài)四元素q和上幀T2的姿態(tài)四元素q'，計(jì)算當(dāng)前幀星敏感器的光軸指向G和上幀星敏感器的光軸指向( ； (2):利用方向矢量<5,和(52，計(jì)算星敏感器前幀T1和上幀T2光軸指向之間的夾角
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高動(dòng)態(tài)下恒星星像恢復(fù)方法，如下首先根據(jù)前兩幀的姿態(tài)信息預(yù)測(cè)當(dāng)前幀的姿態(tài)，預(yù)測(cè)當(dāng)前幀的姿態(tài)和恒星天球下的赤經(jīng)和赤緯計(jì)算恒星當(dāng)前幀的星像中心；其次根據(jù)當(dāng)前幀的姿態(tài)和前一幀的姿態(tài)分別計(jì)算的光軸指向，并計(jì)算出這兩個(gè)光軸指向的夾角，利用公式(FOV是星敏感器視場(chǎng)，PIX是星敏感器圖像傳感器面陣大小，η是光軸指向之間的夾角)計(jì)算恒星星像分布半徑R，以計(jì)算恒星星像中心，在恒星星像分布半徑范圍內(nèi)，把恒星星像“平移”成“連續(xù)”的分布，恒星星像“平移”后，恒星星像的服從二維高斯分布，可以采用二維高斯函數(shù)來(lái)表示；最后采用重心法來(lái)提取恒星星像坐標(biāo)。本發(fā)明提高了星敏感器的靈敏度，同時(shí)提高了恒星星像坐標(biāo)的精度。
文檔編號(hào)G01C21/02GK103175526SQ20131005307
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者王常虹, 李葆華 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)