[发明专利]一种星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计方法

说明书

本发明公开了一种星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计方法，本发明方法首先构建星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计系统，所构建的系统包括：成像星点光斑参数获取模块、方向矢量校正模块、目标函数确定模块和误差判定模块，成像星点光斑参数获取模块获取成像星点光斑在图像平面的坐标和转台坐标系下的方向矢量，方向矢量校正模块对转台坐标系下的方向矢量进行校正，目标函数确定模块确定目标函数，优化星敏感器与基础坐标系的安装误差角，误差判定模块对星点光斑的重投影误差进行判定。本发明方法可以有效估计星敏感器与基础坐标系的安装误差，具有很高的使用价值。

技术领域

本发明涉及一种安装误差角估计方法，特别是一种星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计方法。

背景技术

星敏感器作为目前航天器中最重要的姿态测量敏感器，其精度直接影响航天器的姿态定位精度，通常，在星敏感器的安装过程中，星敏感器坐标系和安装基础坐标系存在安装误差，该误差的存在会破坏理想的小孔成像模型，直接影响星敏感器的姿态定位精度。

理想状态下，星点光斑在星敏感器坐标系下的投影满足小孔成像模型，但通常情况下，星敏感器与基础坐标系之间存在较小的安装误差，破坏星点的方向矢量与在星敏感器坐标系下的投影坐标之间的小孔成像模型，如果忽略星敏感器与安装基础坐标系的安装误差，将直接影响星敏感器的姿态定位精度。实验室现有的方法是通过人工手动微调星敏感器和安装基础坐标系的角度，以此降低星敏感器和安装基础坐标系的安装误差，该方法对角度调节人员的素质要求较高，且误差通常较大，同时无法定量对安装误差进行估计。

发明内容

本发明目的在于提供一种星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计方法，解决现有方法通过人工手动微调星敏感器和安装基础坐标系的角度，无法对安装误差进行定量估计以及误差较大的问题。

一种星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计方法的具体步骤为：

第一步 构建星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计系统

星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计系统，包括：成像星点光斑参数获取模块、方向矢量校正模块、目标函数确定模块和误差判定模块。所述：

成像星点光斑参数获取模块的功能为：获取成像星点光斑在图像平面的坐标和转台坐标系下的方向矢量；

方向矢量校正模块的功能为：对转台坐标系下的方向矢量进行校正；

目标函数确定模块的功能为：确定目标函数，优化星敏感器与基础坐标系的安装误差角；

误差判定模块的功能为：对星点光斑的重投影误差进行判定。

第二步 成像星点光斑参数获取模块获取成像星点光斑在图像平面的坐标和转台坐标系下的方向矢量

平行光管产生的平行光经星敏感器成像，在星敏感器成像平面中形成星点光斑，成像星点光斑参数获取模块通过调节俯仰滚转台改变星敏感器坐标系的姿态，进而改变平行光经星敏感器成像产生的星点光斑在星敏感器坐标系的质心坐标。

成像星点光斑参数获取模块采集平行光管在星敏感器的成像星点光斑，记录星点光斑在星敏感器坐标系下的质心坐标(u_s,v_s)和星点光斑在转动后的转台坐标系下的方向矢量r＝(x_s,y_s,z_s)^T，设θ,ψ,φ分别表示星敏感器与基础坐标系y轴、z轴、x轴的安装误差角，设(θ,ψ,φ)的估计初值为(0,0,0)。

第三步 方向矢量校正模块对转台坐标系下的方向矢量进行校正

星敏感器与基础坐标系的安装误差角较小，结合小角度近似，方向矢量校正模块获取星敏感器与基础坐标系的安装误差矩阵M：