[发明专利]APS太阳敏感器的信息处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种APS太阳敏感器的信息处理方法，属于姿态测量控制领域。

背景技术

太阳敏感器给出太阳方位是各类航天器普遍采用的光学姿态敏感器。随着成像探测器件以及处理器技术的快速进步，太阳敏感器先后出现了0-1太阳敏感器、模拟式太阳敏感器、数字太阳敏感器、CCD(电磁耦合器件)太阳敏感器，目前最新产品为APS(主动像元探测器)太阳敏感器。

APS太阳敏感器属于成像型太阳敏感器，利用小孔成像原理形成小孔阵列的太阳像，通过图像处理技术由阵列太阳图像经过图像处理、姿态计算求解太阳方位角，因此快速、鲁棒、准确的信息处理算法属于产品研制的关键技术。

中国专利号200610103797.3，名称：一种高精度APS太阳敏感器，该专利对敏感器整体进行了叙述，其中涉及到信息处理，其不足在于未考虑到部分太阳像斑在大角度下可能移出靶面的情况，并且算法中对所有质心进行计算没有计算量调节手段，最后也没有对大角度下的太阳像斑变形进行处理。

国外专利号US2003234341，名称“microelectromechanical systemoptical Sun Sensor”，该专利介绍了一种适于微小卫星、纳卫星应用的微光机电APS太阳敏感器，文中未涉及捕获、跟踪等信息处理算法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种APS太阳敏感器的信息处理方法，该方法具有强鲁棒性的姿态捕获能力，当部分太阳像斑移出靶面仍能成功捕获，该方法还能够在太阳矢量大角度下进行姿态角度补偿，提高计算精度，并能进行计算量调节提高数据刷新率。

本发明的技术解决方案是：APS太阳敏感器的信息处理方法，其特征在于步骤如下：

(1)捕获模式图像输入：将APS太阳敏感器获得的太阳图像G(X，Y)输入至计算机内存；

(2)捕获模式初始质心提取：对步骤(1)输入的整幅太阳图像进行太阳像斑确定，并输出质心数组SC，记质心数组中左上、右上、左下、右下四个角点分别为SJ1，SJ2，SJ3，SJ4；

(3)捕获模式孔号与太阳质心对应计算：计算步骤(2)中四个角点与靶面中心O(0，0)的距离JO_j，APS透光孔四个角点按照左上、右上、左下、右下记为K1，K2，K3，K4，最小值的JO_j相应的角点SJ_j则对应K_j，根据此对应按位置递推得到所有太阳质心与孔号的对应关系，其中j∈[1，2，3，4]；

(4)姿态捕获计算：根据来自于地面标定的孔号零点位置(x_i0，y_i0)，以及步骤(3)得到的所有太阳质心与孔号对应关系，进行姿态捕获计算；

(5)捕获模式姿态正确性验证：对步骤(4)计算得到的每个太阳质心的姿态角_i，θ_i进行一致性判断，一致则认为姿态角计算正确，下一次信息计算由捕获模式变为跟踪模式，记录质心位置及质心孔号对应关系，计算输出姿态角平均值；不一致则返回步骤(1)；

(6)跟踪模式数据输入：读入新一幅APS太阳敏感器图像，以及捕获模式下的太阳质心数组与孔号对应关系；

(7)跟踪模式计算窗口选择：根据地面遥控参数的输入，调节参与计算的窗口数目，地面调节参数分档设计，不同档对应不同的窗口数目；

(8)跟踪模式窗口内太阳质心计算：以步骤(6)读入的(SCx_i，SCy_i)数据为中心，在尺寸为W的窗口内进行质心运算，得到此幅图像的质心数组；

(9)跟踪模式姿态计算：利用步骤(8)的质心计算结果进行姿态角计算；

(10)跟踪模式姿态角大小判断：利用步骤(9)的姿态角计算结果，求解APS太阳敏感器靶面法线与太阳矢量的夹角：

当＜T_y时，T_y为大姿态角度阈值，输出步骤(9)的姿态角计算结果，结束本次跟踪计算，即：APS太阳敏感器最后输出的姿态角度为：θ=θ‾,]]>否则转入步骤(11)，对姿态角进行大角度补偿；