[发明专利]一种直接观星的星敏感器内参数标定方法

说明书

本发明公开了一种直接观星的星敏感器内参数标定方法，采用直接观星方式，不再依赖于精确但又昂贵的室内标定设备，并考虑了星点误差的影响，应用SPGD算法得到最优的内参数估计值，大幅提高了星敏感器内参数标定精度。

技术领域

本发明涉及星敏感器标定方法，特别是一种直接观星的星敏感器内参数标定方法。

背景技术

星敏感器作为一种绝对姿态测量敏感器，广泛应用于深空探测、卫星、弹道导弹、飞机、舰船等领域。星敏感器在使用前需对其光学系统的内参数即主点、焦距与畸变系数进行精确标定，一般在实验室内借助于高精度且昂贵的标定设备实现，以满足高精度姿态测量的需求。国军标准《星敏感器标定与精度测试方法GJB8137-2013》中使用精密二维转台、单星模拟器等标定设备在实验室内完成星敏感器内参数的标定，为获得单星模拟器均匀分布的成像星点图像，需控制精密转台转动至少100次；同时，为减少星点提取误差，标准中规定对每个星点重复测量次数一般应大于10次，采集数据量巨大，操作较繁琐，且不能消除非随机性误差的影响。

随机并行梯度下降算法(Stochastic Parallel Gradient Descent,SPGD)在自适应光学、光纤相干合成、图像配准处理等领域应用广泛，其优势在于通过在控制变量上施加并行随机扰动，使性能评价函数快速收敛于全局极值，而且当控制变量增加时，该算法不会显著增加系统复杂度，特别适用于多参数优化问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种直接观星的星敏感器内参数标定方法，采用直接观星方式，不再依赖于精确但又昂贵的室内标定设备，并考虑星点误差的影响，应用SPGD算法得到最优的内参数估计值，提高星敏感器内参数标定精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种直接观星的星敏感器内参数标定方法，包括以下步骤：

1)建立星敏感器内参数标定系统模型；

2)将星点坐标的提取值作为控制变量，提取值与星点坐标的重投影理论计算值之差的均值作为SPGD算法的性能评价函数F；

3)对星点坐标提取值施加正向扰动(+δx_ij,+δy_ij)，得到扰动后的星点坐标值采用所述标定系统模型计算得到标定参数X⁺；

4)将所述标定参数代入星敏感器姿态方程式，得到星点坐标重投影理论计算值计算与提取值的差异Δx与Δy，及评价函数F⁺；

5)对星点坐标提取值施加负向扰动(-δx_ij,-δy_ij)，得到扰动后的星点坐标值采用所述标定系统模型计算得到标定参数X^-；

6)将步骤5)得到的标定参数代入星敏感器姿态方程式，得到星点坐标重投影理论计算值计算与提取值的差异Δx与Δy，及评价函数F^-；

7)当(F⁺-F^-)ε时，利用下式更新控制变量：

其中，γ＝λ_k/σ²，λ_k为第k次迭代的搜索步长，σ²为微扰项的方差；

8)重复步骤3)～步骤7)；否则，将步骤3)与步骤5)中星敏感器标定结果的平均值(X⁺+X^-)/2输出作为星敏感器内参数标定值而退出循环。

步骤1)中，所述星敏感器内参数标定系统模型表达式如下：