[发明专利]一种星敏感器相对安装标定方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及角度位置误差修正技术领域，具体涉及一种星敏感器相对安装标定方法及系统。

背景技术

以日本2006年发射的先进对地观测卫星(ALOS)为例，介绍相对安装误差变化范围。该卫星采用三探头星敏，为了严格控制星敏感器支架的在轨变形，将星敏感器支架温度控制23±3℃的范围内。在如此严格的控制下，星敏感器在轨实际安装误差大于10arcsec。由此可估算若星敏感器支架没有进行温度控制，并考虑到卫星发射过程中振动等问题的情况下，测量敏感器在轨安装误差将是其数倍、数十倍以上。

由于星敏感器在轨相对安装方位的变化，会影响姿态确定的精度指标，影响程度往往是接近于1比1的关系，即安装误差角度数值直接反应姿态确定误差数值上。为了达到1arcsec的高精度姿态确定水平，非常有必要对星敏感器在轨相对安装排列进行辨识与补偿。国外修正姿态确定误差方法，主要是通过星上光学载荷与星敏感器共光路设计，要求星上必须装载高精度的光学有效载荷，该方法具有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星敏感器相对安装标定方法及系统，其利用光学自准直测角机理，涉及改进型菲涅尔双棱镜，将星敏感器三维转动的角度转化为光学像点移动线量，然后通过像点的移动量计算出物体转动三维角度的变化值，从而实现对星敏感器相对安装误差的标定。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种星敏感器相对安装标定方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、星敏感器连接至一星敏感器误差标定系统，该星敏感器误差标定系统包含：

光源，用于发射光线；

沿光源发射光线的光路上依次设置的扩束镜、分束镜、直物镜、反射镜，光线依次经过扩束镜、分束镜、直物镜以后形成平行光束；

菲涅尔棱镜，设置在星敏感器上，并位于反射镜的对应位置，平行光束经过反射镜反射到菲涅尔棱镜并形成像点；

成像CCD，设置在分束镜的对应一侧，平行光束在菲涅尔棱镜上形成的像点经过菲涅尔棱镜反射后依次经过直物镜、分束镜并反射到成像CCD上，并由成像CCD对像点图像进行采集；

计量单元，连接成像CCD，用于根据成像CCD采集到的图像中像点的线位移变化量变化解算出星敏感器绕三轴角度变化，并结合安装误差补偿矩阵得到安装误差；

S2、星敏感器三轴角度发生变化并带动菲涅尔棱镜产生相同三维转角α，β，γ，使成像CCD采集得到的图像中的像点发生线位移变化，计量单元根据成像CCD采集得到的图像中像点的线位移变化量计算得到三维转角α，β，γ；

S3、计量单元将得到的三维转角α，β，γ引入安装误差补偿矩阵得到星敏感器的相对安装误差。

上述的星敏感器相对安装标定方法，其中，所述步骤S2中的计量单元根据成像CCD采集得到的图像中像点的线位移变化量计算得到三维转角α，β，γ的计算过程为：

其中，

N_1x＝-sinβcos(α+β)cosγ+sin(α+β)sinγ；

N_1z＝cos(α+β)cosβ；

N_1y＝sinβcos(α+β)sinγ+sin(α+β)cosγ；

N_2x＝-sinβcos(α-β)cosγ+sin(α-β)sinγ；

N_2z＝cos(α-β)cosβ；

N_2y＝sinβcos(α-β)sinγ+sin(α-β)cosγ；

式中，(x′₁，y′₁)表示分束镜反射时像点落在成像CCD测量平面上的位置，(x′₀₁，y′₀₁)为像点落在成像CCD测量平面上的初始位置，f为直物镜焦距；根据上述任意三个方程式，得到三维转角α，β，γ的表达式。

上述的星敏感器相对安装标定方法，其中，所述步骤S3中，所述安装误差的计算过程为：

式中，α，β，γ为三维转角，A为安装误差补偿矩阵。

一种星敏感器误差标定系统，连接一待误差标定的星敏感器，其特征是，包含：

光源，用于发射光线；