明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法，其特征在于如下步驟： 步驟1:星圖獲取及提取 根據(jù)衛(wèi)星實時空間位置信息，推算得到準(zhǔn)確的星圖拍攝時間，然后根據(jù)星圖拍攝時間 編制星敏感器在軌程控指令，在規(guī)定時間控制星敏感器的圖像傳感器獲取位于導(dǎo)航星表中 的導(dǎo)航星星圖信息，得到滿足目標(biāo)區(qū)域要求的星圖數(shù)據(jù)；然后進(jìn)行星點提取，為從星圖中區(qū) 分背景像素、噪聲像素和星點像素，識別出星點信息，首先，將當(dāng)前像素灰度值與預(yù)設(shè)的闊 值進(jìn)行比較，如果大于闊值則標(biāo)記為噪聲標(biāo)記或星點標(biāo)記，如小于闊值則標(biāo)記為背景標(biāo)記， 然后根據(jù)相鄰像素標(biāo)記就可W識別該像素屬于哪個星點，再對該星點對應(yīng)的質(zhì)屯、參數(shù)組值 進(jìn)行累加，如果當(dāng)前像素標(biāo)記為背景標(biāo)記或噪聲標(biāo)記，則不執(zhí)行相應(yīng)的識別和累加操作，W 此實現(xiàn)在去除噪聲的同時提取星點質(zhì)屯、，得到星點坐標(biāo)，最后再結(jié)合星敏感器的固有參數(shù)， 得到星點在星敏感器坐標(biāo)系統(tǒng)中的方向矢量Wi; 步驟2:星圖識別處理 利用基于k矢量和導(dǎo)航星域相結(jié)合的4主星星圖識別方法綜合實現(xiàn)了全天自主模式快 速識別和跟蹤模式下的主星星圖識別能力，識別出當(dāng)前在星敏感器坐標(biāo)系統(tǒng)的方向矢量Wi 的星像點所對應(yīng)導(dǎo)航星表中的導(dǎo)航星Si,通過篩選導(dǎo)航星，進(jìn)而獲得在星敏感器坐標(biāo)系統(tǒng) 中的方向矢量Wi的星點在天球坐標(biāo)系中的方向矢量V1; 步驟3:基于單帖星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度計算方法 在理想情況下Wi、星敏感器姿態(tài)矩陣AW及Vi滿足如下關(guān)系為W1=Av1，利用四元數(shù)估 計算法卵EST及相關(guān)算法對星敏感器姿態(tài)矩陣A進(jìn)行求解，通過求解使得星點理論星點位 置與實際測量誤差最小化的目標(biāo)函數(shù)J(Aq)，獲得最優(yōu)姿態(tài)矩陣Aq; 再根據(jù)姿態(tài)矩陣A和Vi,反算出每顆導(dǎo)航星在圖像傳感器上理論星點位置； 最后通過計算理論星點位置與實際測量的星點位置的誤差，對所有識別出的星點的實 際測量星點位置與理論星點位置誤差取平均值，并將誤差平均值轉(zhuǎn)換為等效的角度值，等 效的角度值即表示星敏感器的在軌指向精度。2. 根據(jù)權(quán)利要求所述的基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法，其特征在于：在 步驟3后還增步驟4,對基于單帖星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度計算結(jié)果的一致性驗證，驗 證方法為： (1) 確定導(dǎo)航星在基準(zhǔn)時刻T的J2000.O直角坐標(biāo)系下的方向矢量；在地面測試階段， 將同樣的星敏感器固定在地面，存儲星圖并使其滾轉(zhuǎn)軸指向天頂，根據(jù)星敏感器獲取的導(dǎo) 航星在J2000.O坐標(biāo)系下的赤經(jīng)和赤締W及相應(yīng)的視運動參數(shù)確定基準(zhǔn)時刻T導(dǎo)航星的方 向矢量； (2) 推算導(dǎo)航星在基準(zhǔn)時刻T在消除歲差和章動影響的天球坐標(biāo)系下的方向矢量；根 據(jù)星敏感器實際拍攝時刻（T+Ati)和地球的歲差、章動及自轉(zhuǎn)，獲得精度測試轉(zhuǎn)換矩陣和 將J2000.O坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；再通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲得基準(zhǔn)時刻T下的 消除章動影響的天球坐標(biāo)系下的方向矢量；Ati為相對于基準(zhǔn)時刻T的實際時間； 做獲取導(dǎo)航星在實際拍攝時刻燈+Ati)地固坐標(biāo)系下的方向矢量，基準(zhǔn)時刻T天球 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到實際拍攝時刻（T+Ati)的地固坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，是通過將天球坐標(biāo)系繞天球坐標(biāo) 系的Z軸WQ= 7. 292115X10 5rad/s逆時針旋轉(zhuǎn)獲得； (4)建立星敏感器的最優(yōu)姿態(tài)矩陣，再應(yīng)用QUEST方法使實際拍攝時刻燈+Ati)星點 理論星點位置與實際測量誤差最小化的目標(biāo)函數(shù)J(Aq(T+Ati))達(dá)到最小值而得到星敏感 器的最優(yōu)姿態(tài)矩陣； (5)計算星敏感器=軸矢量及指向和滾轉(zhuǎn)精度，最后根據(jù)星敏感器最優(yōu)姿態(tài)矩陣得到 精度測試矩陣，再根據(jù)精度測試矩陣確定實際拍攝時刻的星敏感器=軸矢量，進(jìn)而得到指 向精度和滾轉(zhuǎn)精度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法，其特征在 于：在步驟1前構(gòu)建導(dǎo)航星表，導(dǎo)航星表包含導(dǎo)航星在導(dǎo)航星表中的編號和導(dǎo)航星在慣性 空間的方向矢量，根據(jù)直角坐標(biāo)與球面坐標(biāo)的關(guān)系，得到每顆恒星在天球直角坐標(biāo)系下的 方向矢量，建立恒星方向矢量庫；再根據(jù)星敏感器的探測能力和分辨精度從星庫中選出滿 足星敏感器成像條件的恒星組成導(dǎo)航星，構(gòu)成導(dǎo)航星表，導(dǎo)航星表在地面一次性固化在星 敏感器的存儲器中。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法，其特征在 于：所述步驟1中的衛(wèi)星實時空間位置信息獲得為：依托衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理與管理分系統(tǒng)的分 包預(yù)處理模塊和工程值解碼模塊完成對衛(wèi)星平臺遙測信息的接收、處理，獲得衛(wèi)星軌道瞬 態(tài)信息，再結(jié)合軌道分析工具實現(xiàn)衛(wèi)星軌道預(yù)測，確定衛(wèi)星實時空間位置信息。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法，其特征在 于：所述步驟1的推算得到準(zhǔn)確的星圖拍攝時間過程為：因星敏感器光軸指向與衛(wèi)星本體 姿態(tài)相對關(guān)系已知，根據(jù)衛(wèi)星本體實時空間位置信息即可知道星敏感器探測單元的實時指 向目標(biāo)天區(qū)，通過選定星敏感器探測單元的成像目標(biāo)天區(qū)即可反算出星敏感器的星圖拍攝 時間。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法，其特征在 于：所述步驟2的利用基于k矢量和導(dǎo)航星域相結(jié)合的4主星星圖識別算法綜合實現(xiàn)了全 天自主模式快速識別和跟蹤模式下的主星星圖識別能力，快速識別出當(dāng)前在星敏感器坐標(biāo) 平面上方向矢量Wi的星點所對應(yīng)導(dǎo)航星表中的導(dǎo)航星Si在天球坐標(biāo)系中的方向矢量Vi,具 體實現(xiàn)如下： (1) 基于k矢量和導(dǎo)航星域相結(jié)合的快速自主星圖識別 首先根據(jù)建立的導(dǎo)航星表，對全天球的導(dǎo)航星按照星對角距歸類，建立對應(yīng)導(dǎo)航星的k矢量和k矢量查找表，再利用星敏感器視場中的4顆星構(gòu)成6組星對角距，將其中的5組星 對角距所對應(yīng)k矢量查找表域的星對組進(jìn)行導(dǎo)航星表域，即導(dǎo)航星域的變換，再根據(jù)另外1 組星對角距所對應(yīng)的k矢量查找表域的值對其它5組導(dǎo)航星域的值進(jìn)行索引比較，最后直 接找到滿足條件的4顆導(dǎo)航星，完成星圖識別，獲得4顆在星敏感器坐標(biāo)系統(tǒng)中的方向矢量 Wi的星點所對應(yīng)導(dǎo)航星表中的導(dǎo)航星S1在天球坐標(biāo)系中的方向矢量V1; 其中導(dǎo)航星域定義為：給定一組星對角距的范圍M，在導(dǎo)航星表中組成M的每個導(dǎo)航星 的出現(xiàn)次數(shù)稱為導(dǎo)航星域的值，導(dǎo)航星域就是統(tǒng)計相應(yīng)導(dǎo)航星出現(xiàn)的次數(shù)； (2) 跟蹤模式下的4主星星圖識別 利用識別出的4顆主星作為初始信息進(jìn)行有初指向的局部星圖識別，計算星敏感器的 姿態(tài)并獲取運動角速度，結(jié)合前面兩步得到的先驗信息，預(yù)測下一采樣時刻的姿態(tài)和星點 位置，進(jìn)入快速預(yù)測跟蹤模式識別，快速識別出下一采樣時刻的4顆在星敏感器坐標(biāo)系統(tǒng) 中的方向矢量Wi的星點所對應(yīng)導(dǎo)航星表中的導(dǎo)航星Si在天球坐標(biāo)系中的方向矢量Vi,實現(xiàn) 更好的實時性。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法，其特征在 于：所述步驟3的求解使得星點理論星點位置與實際測量誤差最小化的目標(biāo)函數(shù)J(Aq)，獲 得最優(yōu)姿態(tài)矩陣Aq:8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法，其特征在 于：所述步驟4的拍攝時刻燈+Ati)星點理論星點位置與實際測量誤差的目標(biāo)函數(shù) J(Aq燈+Ati))最小化而得到星敏感器的最優(yōu)姿態(tài)矩陣（Aq燈+Ati)):其中：《1、Vi分別表示導(dǎo)航星在星敏感器坐標(biāo)系下的方向矢量和在地固坐標(biāo)系下的 方向矢量；表示加權(quán)系數(shù)，滿足EAi= 1。
【專利摘要】一種基于星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度測量方法。利用星敏感器獲取的單幀靜態(tài)星圖數(shù)據(jù)對星敏感器在軌指向精度、視場角等關(guān)鍵性能進(jìn)行測量，通過采用一種將求解特征值問題轉(zhuǎn)換為求解一個四階方程根的問題，從而加快速度的四元數(shù)估計算法(QUEST)獲得最優(yōu)姿態(tài)矩陣Aq，再根據(jù)姿態(tài)矩陣Aq和識別出來的n顆導(dǎo)航星，反算出每顆導(dǎo)航星在圖像傳感器上的理論位置即星敏感器的主光軸與界面的理論交點(xit,yit)，通過計算理論星點位置(xit,yit)與實際測量的星點位置即星敏感器的主光軸與界面的實際交點(xi,yi)之間的誤差，取其平均值，并將其轉(zhuǎn)換為等效的角度值，獲得星敏感器的精度。相對于通常采用的在軌比較法，本發(fā)明提出的方法省去了星敏感器之間的時間對準(zhǔn)和安裝矩陣的誤差的影響，測量精確度更高。
【IPC分類】G01C25/00
【公開號】CN105371870
【申請?zhí)枴緾N201510850004
【發(fā)明人】莊海孝, 李林凌, 徐超
【申請人】北京空間飛行器總體設(shè)計部
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月27日