一種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法
【專利摘要】一種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，它涉及一種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，本發(fā)明是要解決現(xiàn)有星敏感器由于像平面誤差引起衛(wèi)星姿態(tài)確定產(chǎn)生較大誤差的問題。本發(fā)明方法通過如下步驟來實現(xiàn)：星敏感器對目標恒星成像；引入六自由度像平面誤差模型中的誤差系數(shù)及誤差校正公式；將誤差校正后的目標恒星的成像點坐標轉(zhuǎn)化為目標恒星在星敏感器坐標系下的單位方向矢量；得到目標恒星在慣性系下的單位方向矢量；計算num顆目標恒星相互之間的星角距及其對星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)的導數(shù)，得到中間計算矩陣；對估計誤差方差矩陣進行迭代計算得到真實的星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)。本發(fā)明用于衛(wèi)星姿態(tài)確定【技術領域】。
【專利說明】ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)確定【技術領域】，尤其涉及ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法。
【背景技術】
[0002]在多種衛(wèi)星姿態(tài)敏感器中，星敏感器的姿態(tài)確定精度最高，隨著人類對太空的進ー步探索，對衛(wèi)星的姿態(tài)確定與控制精度提出更高的要求，因此，星敏感器在衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)中的使用越來越多。然而星敏感器像平面在惡劣的太空工作環(huán)境下長時間工作后會產(chǎn)生較嚴重的變形，另外，衛(wèi)星的振動會使星敏感器星敏感器像平面發(fā)生實時的變化，導致現(xiàn)有的星敏感器像平面誤差模型考慮的誤差系數(shù)較少，基于星敏感器像平面誤差模型的星敏感器姿態(tài)確定精度普遍不高，所以研究建立新的星敏感器六自由度像平面誤差模型，及基于該新模型的星敏感器像平面誤差的在軌標定對于提高衛(wèi)星姿態(tài)確定及控制的精度是很有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有星敏感器由于惡劣的太空工作環(huán)境及衛(wèi)星自身的振動導致星敏感器像平面誤差，從而引起衛(wèi)星姿態(tài)確定產(chǎn)生較大誤差的問題，而提出ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法。
[0004]本發(fā)明中的ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，按以下步驟進行:
[0005]步驟一、星敏感器對目標恒星成像得到星敏感器坐標系下的成像點坐標；
[0006]步驟ニ、引入星敏感器六自由度像平面誤差模型中的誤差系數(shù)及誤差校正公式；
[0007]步驟三、將誤差校正后的目標恒星的成像點坐標轉(zhuǎn)化為目標恒星在星敏感器坐標系下的單位方向矢量W ;
[0008]步驟四、將成像所獲得的星圖與星載計算機存儲的星圖進行匹配識別目標恒星，得到目標恒星在慣性系下的単位方向矢量為V ；
[0009]步驟五、計算num顆目標恒星相互之間的星角距及其對星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)的導數(shù)，得到中間計算矩陣H ；
[0010]步驟六、根據(jù)星敏感器的元器件性能及應用經(jīng)驗給出在軌標定過程的系統(tǒng)噪聲方差陣Qw、測量噪聲方差陣Q\初始的估計誤差方差矩陣P (0)及星敏感器六自由度像平面誤
差系數(shù)與估計的誤差系數(shù)之間差值的初始值#(())通過對估計誤差方差矩陣P進行迭代計
算得到真實的星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)。
[0011]本發(fā)明包括以下有益效果:
[0012]1、本發(fā)明所提出的星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法可以有效消除由惡劣的太空工作環(huán)境及衛(wèi)星自身的振動導致的星敏感器像平面誤差，可以保證衛(wèi)星實時的高精度姿態(tài)確定及相應的衛(wèi)星高精度控制；
[0013]2、本發(fā)明所提出的ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法與現(xiàn)有技術相比，姿態(tài)確定精度可提高20%?30%，控制精度可提高10%?20%。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]圖1為星敏感器六自由度像平面誤差示意圖，圖中Sa為無誤差時的星敏感器像平面，Sb為有誤差時的星敏感器像平面，OXaYaZa為無誤差時的星敏感器像平面坐標系，OXbYbZb為有誤差時的星敏感器像平面坐標系，A為真實的成像點坐標，A'為校正后的成像點坐標，(a、b、0)表示星敏感器像平面Sa與星敏感器像平面Sb交線的方向；圖2至圖7分別為星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)的仿真結(jié)果，其中橫坐標都為迭代次數(shù)，縱坐標分別為:像平面繞像平面坐標系的x_y軸平面變形的方向矢量的偏移量A a、像平面繞像平面坐標系的x-y軸平面的變形角度的偏移量A a、像平面繞像平面坐標系的z軸的變形角度的偏移量A V、像平面主點在像平面坐標系X方向的變形量的偏移量A X(l、像平面主點在像平面坐標系I方向的變形量偏移量Aytl和像平面主點在像平面坐標系z方向的變形量Af。。
【具體實施方式】
[0015]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合圖1和【具體實施方式】對本發(fā)明作進ー步詳細的說明。
[0016]本發(fā)明中的ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，按以下步驟進行:
[0017]步驟一、星敏感器對目標恒星成像得到星敏感器坐標系下的成像點坐標；
[0018]步驟ニ、引入星敏感器六自由度像平面誤差模型中的誤差系數(shù)及誤差校正公式；
[0019]步驟三、將誤差校正后的目標恒星的成像點坐標轉(zhuǎn)化為目標恒星在星敏感器坐標系下的單位方向矢量W ;
[0020]步驟四、將成像所獲得的星圖與星載計算機存儲的星圖進行匹配識別目標恒星，得到目標恒星在慣性系下的単位方向矢量為V ；
[0021]步驟五、計算num顆目標恒星相互之間的星角距及其對星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)的導數(shù)，得到中間計算矩陣H ；
[0022]步驟六、根據(jù)星敏感器的元器件性能及應用經(jīng)驗給出在軌標定過程的系統(tǒng)噪聲方差陣Qw、測量噪聲方差陣Q\初始的估計誤差方差矩陣P (0)及星敏感器六自由度像平面誤
差系數(shù)與估計的誤差系數(shù)之間差值的初始值#(0)通過對估計誤差方差矩陣P進行迭代計
算得到真實的星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)。
[0023]本發(fā)明包括以下有益效果:
[0024]1、本發(fā)明所提出的星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法可以有效消除由惡劣的太空工作環(huán)境及衛(wèi)星自身的振動導致的星敏感器像平面誤差，可以保證衛(wèi)星實時的高精度姿態(tài)確定及相應的衛(wèi)星高精度控制；
[0025]2、本發(fā)明所提出的ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法與現(xiàn)有技術相比，姿態(tài)確定精度可提高20%?30%，控制精度可提高10%?20%。
[0026]【具體實施方式】ニ:本實施方式是對【具體實施方式】ー的進ー步說明，步驟一中的星敏感器對目標恒星成像得到星敏感器坐標系下的成像點坐標(x，y，f)，其中x，y分別為成像點在X，y方向的坐標大小，f為星敏感器透鏡的焦距。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】ー的進ー步說明，步驟ニ中引入星敏感器六自由度像平面誤差模型中的誤差系數(shù)及誤差校正公式，其中星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)為(a，a, V，X(l，y(l，ち)，誤差系數(shù)的原始大小通過地面實驗獲得；星敏感器六自由度像平面誤差的校正公式為:
[0028]
【權利要求】
1.ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，其特征在于它是通過以下步驟實現(xiàn)的: 步驟一、星敏感器對目標恒星成像得到星敏感器坐標系下的成像點坐標； 步驟ニ、引入星敏感器六自由度像平面誤差模型中的誤差系數(shù)及誤差校正公式； 步驟三、將誤差校正后的目標恒星的成像點坐標轉(zhuǎn)化為目標恒星在星敏感器坐標系下的單位方向矢量W ; 步驟四、將成像所獲得的星圖與星載計算機存儲的星圖進行匹配識別目標恒星，得到目標恒星在慣性系下的單位方向矢量為V ； 步驟五、計算Mim顆目標恒星相互之間的星角距及其對星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)的導數(shù)，得到中間計算矩陣H ； 步驟六、根據(jù)星敏感器的元器件性能及應用經(jīng)驗給出在軌標定過程的系統(tǒng)噪聲方差陣Q\測量噪聲方差陣Q\初始的估計誤差方差矩陣p(0)及星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)與估計的誤差系數(shù)之間差值的初始值“0)通過對估計誤差方差矩陣P進行迭代計算得到真實的星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)。
2.如權利要求1所述ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，其特征在于步驟一中的星敏感器對目標恒星成像得到星敏感器坐標系下的成像點坐標U，y, f)，其中X, y分別為成像點在X，y方向的坐標大小，f為星敏感器透鏡的焦距。
3.如權利要求1或2所述ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，其特征在于步驟ニ中引入星敏感器六自由度像平面誤差模型中的誤差系數(shù)及誤差校正公式，其中星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)為(a，a, ￥，、、&)，誤差系數(shù)的原始大小通過地面實驗獲得；星敏感器六自由度像平面誤差的校正公式為:
4.如權利要求3所述ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，其特征在于步驟三中將誤差校正后的目標恒星的成像點坐標轉(zhuǎn)化為目標恒星在星敏感器坐標系下的單位方向矢量W，具體表達式如下:
5.如權利要求4所述ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，其特征在于步驟四中將成像所獲得的星圖與星載計算機存儲的星圖進行匹配識別目標恒星，得到目標恒星的赤經(jīng)Y與赤緯S，目標恒星在慣性系下的単位方向矢量為V，V由如下公式計算得到:
6.如權利要求5所述ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，其特征在于步驟五中計算num顆目標恒星相互之間的星角距及其對星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)的導數(shù)，得到矩陣H如下所示:
7.如權利要求6所述ー種星敏感器六自由度像平面誤差的在軌標定方法，其特征在于步驟六中根據(jù)星敏感器的元器件性能及應用經(jīng)驗給出在軌標定過程的系統(tǒng)噪聲方差陣Qw、測量噪聲方差陣Qv、初始的估計誤差方差矩陣P(O)及星敏感器六自由度像平面誤差系數(shù)與估計的誤差系數(shù)之間差值的初始值“(>),根據(jù)如下公式對估計誤差方差矩陣P進行迭代更新；
【文檔編號】G01C21/02GK103438907SQ201310412842
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】孫亞輝, 耿云海, 胡芳芳, 方向, 肖盈瑩, 李誠良 申請人:哈爾濱工業(yè)大學