[发明专利]一种星敏感器光学系统的校正方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种星敏感器光学系统的校正方法，属于空间姿态测量星敏感器设计领域。

背景技术

国内外目前在该领域对其研究工作主要有以下方式，第一种是在2004年第2期光子学报上发表的“折反式大视场星敏感器光学系统”，利用常规优化方法设计了光学系统。第二种是在2004年第11期光子学报上发表的“轻小型星敏感器光学系统设计”，利用常规优化方法设计了光学系统。第三种是在2005年第12期光子学报上发表的“宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计”，利用常规优化方法设计了光学系统。郝云彩发明的专利“星敏感器成像结构”，也是利用传统方法设计。国外有关星敏感器光学系统设计也都是采用传统优化设计方法。

星敏感器光学系统主要要求在于对不同光谱的恒星成像定位精度高，纵观国内外已经发表的星敏感器光学系统设计结果，都存在残余像差，而目前的技术是一个光学系统设计完成后残留的像差依靠敏感器最终的物理标定进行，非常复杂繁琐，尚未发现对于已经设计完成的光学系统提出定位误差的计算校正方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种星敏感器光学系统的校正方法，降低了星敏感器标定的难度和复杂性。

本发明的技术解决方案是：一种星敏感器光学系统的校正方法，步骤如下：

步骤一，确定星敏感器光学系统仿真计算的N个光谱段和每个光谱段的相对光谱能量分布函数；

步骤二，将光学视场按照探测器形状划分成M个视场网格点使相邻网格点的间隔不小于0.5°，利用M个网格点将整个视场分割成若干单元视场，每个单元视场由视场网格点围成；

步骤三，建立像面坐标系；

步骤四，选择光学系统能量分析软件和光学设计软件作为工具对各个分光谱恒星进行模拟成像，在像面坐标系下对各个单元视场网格点模拟成像的能量质心进行提取；

步骤五，在像面坐标系下计算单元视场网格点的理想成像位置；

步骤六，在像面坐标系下计算各个分光谱段下各个视场网格点模拟恒星成像的能量质心实际提取坐标；

步骤七，根据单元视场网格点的理想成像位置和能量质心实际提取坐标建立单元视场内任意视场点理想位置的拟合方程；

步骤八，利用步骤七得到的拟合方程对星敏感器光学系统进行计算校正。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明对于一个存在残余像差的已经完成设计的光学系统，可以消除由于光学系统色像差影响带来的不同光谱型恒星在同一个视场成像位置的偏差，同时可不经过物理设备标定，紧靠数学计算仿真方法得到的校正函数进行星敏感器精度的标定，降低了星敏感器标定的复杂性和对物理设备精度的依赖性，降低成本，依靠大量计算样本提高标定精度。

附图说明

图1为不同光谱成像的能量质心和理想像点位置示意图；

图2为第一种拟合方程实现原理图；

图3为第二种拟合方程实现原理图。

具体实施方式

星敏感器是一种通过对恒星成像测量其角位置的方法确定航天器姿态的一种仪器。一个星敏感器只能对天球一定星等范围的恒星进行照相，用于星敏感器识别的恒星集合构成导航星表，导航星表里的恒星按照灵敏度要求储存的数量不等，所储存的各个备选导航恒星的信息一般有恒星再天球坐标系中的赤经和赤纬、光谱类型、星等大小等，选取哪些信息入表是根据识别算法需求决定的。本发明导航星表恒星信息需要写入赤经赤纬和光谱型。

光学系统一般存在像差，包括单色像差和色差，星敏感器光学系统一般针对一个较宽的谱段设计，因此肯定存在较大的残余色差。因此同一视场不同光谱型的恒星成像后的像点位置自然不会完全一致，这就构成了星敏感器的系统误差。为了消除这种误差，本发明提出一种星敏感器光学系统的校正方法，即对于一个确定的星敏感器光学系统建立一个不同光谱型恒星成像误差的校正模型，类似一个滤波器，实际星敏感器获取了真实成像点以后，采用校正模型可以直接得到成像系统误差校正，从而提高精度。