[发明专利]一种基于选权迭代的星敏感器在轨几何定标方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于卫星测量精密仪器高精度定标领域，涉及一种基于选权迭代的星敏感器在轨几何定标技术方案。

背景技术

星敏感器在卫星的姿态测量和控制系统中起着重要的作用，它以恒星为参考，输出卫星在天球惯性坐标系下的姿态，是目前卫星测量精度最高的一种的定姿设备。星敏感器的定标可以通过地面定标和在轨定标两种方式完成，通过地面上进行的严格定标，可以确定在轨运行的初始参数。但是受卫星发射过程中应力的释放、成像环境的变化以及器件的老化等多种因素的影响，会使得光学系统的参数发生漂移，测量精度下降，因此需要对其进行在轨定标。

目前存在的星敏感器在轨定标方法，都是基于星图中的恒星能够正确识别的基础上进行的，然而现有的绝大多数星图识别方法都依赖于星敏感器的相机参数，当相机参数存在较大的偏差时，就会严重影响星图识别的准确性，错误识别的恒星作为星敏感器在轨定标的控制点信息时，会显著影响在轨几何定标中相机参数的解算精度。因此，如何有效地抑制由于相机参数偏差造成的错误识别的恒星对定标精度的影响，是星敏感器在轨几何定标中亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是，针对星敏感器，提供一种有效稳健的在轨几何定标技术方案，可以有效抑制错误识别的恒星对定标精度的影响。

本发明的技术方案提供一种基于选权迭代的星敏感器在轨几何定标方法，包括以下步骤：

步骤1，利用星敏感器拍摄多张恒星背景，获取恒星控制点的方向矢量v_i和量测矢量w_i；

步骤2，构建星敏感器在轨几何定标模型如下，

设星敏感器同一星图内两个星点对应的两个量测所得量测矢量w_i和w_j之间的夹角θ_ij，与导航星表中对应恒星的方向矢量v_i和v_j之间的夹角θ_ij相等，星敏感器在轨几何定标模型的公式如下，

其中，R_i,j是余弦的偏差值，g_ij(.)是cosθ_ij的函数表示；

是真值X＝(x₀,y₀,f,k₁,p₁,p₂)的估计值，估计值的改正数用ΔX＝(Δx₀,Δy₀,Δf,Δk₁,Δp₁,Δp₂)表示，(x₀,y₀)是星敏感器的主光轴与像平面的交点的地面定标值，f是星敏感器的焦距地面定标值，k₁为光学镜头的径向畸变系数，p₁和p₂为光学镜头的切向畸变系数；

矩阵

步骤3，利用选权迭代与最小二乘方法解算定标参数，获取定标结果。

而且，所述恒星控制点的方向矢量如下，

其中，α_i和δ_i分别为恒星控制点的赤经和赤纬。

而且，设恒星控制点通过星敏感器成像以后在像平面上的坐标为(x_i,y_i)，星敏感器的主光轴与像平面的交点的地面定标值为(x₀,y₀)，则星像点对应的量测矢量如下，

其中，Δx与Δy为像平面上的坐标(x_i,y_i)处的畸变误差。

而且，步骤3的实现方式如下，

设一共观测了H张星图，第h张星图中有n_h个星点，其中h＝1,2,…,H，则根据星敏感器在轨几何定标模型有

R^h＝A^hΔX

其中，

矩阵矩阵

i＝1,...,n_h-1，j＝i+1,...,n_h；

利用观测的H张星图，构建超定方程组如下

R_k＝A_kΔX_k

其中k为迭代次数，ΔX_k是第k次迭代的估计值的改正数，

且矩阵矩阵

执行以下步骤，