[发明专利]一种基于平均速度的卷帘曝光星敏感器星点位置校正方法

说明书

本发明公开了一种基于平均速度的卷帘曝光星敏感器星点位置校正方法，包括：1)根据连续两帧星图(第q帧和第q+1帧)，获取在第q+1帧星图中，星点质心位置和星点沿图像水平和竖直方向运动的平均速度；2)以第q+1帧图像第k行曝光时刻为基准，获取第q+1帧星图中校正后的星点位置；3)解算校正后的星点间的角距实测值，并与天球坐标系下角距理论值进行比较，根据角距误差验证步骤2)校正后星点位置的正确性。4)根据步骤2)中所求的校正后的星点质心坐标和步骤3)中的验证结论，解算获取第q+1帧图像第k行曝光时刻对应的星敏感器姿态。该方法基于卷帘曝光星图中行曝光时刻和星点平均运动速度建立位置校正关系，提高了在星点运动条件下的卷帘曝光模式星敏感器的姿态测量精度。

技术领域

本发明涉及卷帘曝光模式星敏感器星点位置校正的技术领域，尤其涉及一种基于平均速度的卷帘曝光星敏感器星点位置校正方法。

背景技术

星敏感器是通过观测太空中恒星方位来实现航天器自主姿态测量的核心部件，是航天器姿态测量精度最高的传感器，目前最高可达1角秒。传统的星敏感器主要采用全局曝光模式，如今，卷帘曝光模式的星敏感器因其在提高动态性能和姿态更新率方面的优势，也逐渐应用于实际工程中。但卷帘曝光模式采用逐行曝光，行间存在时间间隔，导致成像后的星点位置与理论位置出现偏离，因此提高卷帘曝光模式星敏感器的星点位置精度成为星敏感器星图匹配、姿态解算的重要前提。

专利CN201610742873.9提出了一种基于卷帘门曝光星敏感器的动态补偿办法，利用角速度来进行星点位置的补偿。该方法中，在无陀螺的情况下，沿星图水平(X)和竖直(Y)方向的角速度分量求解十分困难，同时，星图中每一颗星点的移动角速度不尽相同。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种基于平均速度的卷帘曝光星敏感器星点位置校正方法。该方法利用连续两帧星图求得星图中各导航星沿图像坐标的速度，然后获得导航星点的平均速度，根据平均速度和卷帘曝光行间隔时间建立星点位置校正量关系，同时根据导航星库中两两星点之间的理论角距验证校正后两两星点之间的实测角距的有效性。通过使用该校正方法，将星图中的所有导航星校正到同一行曝光时刻，解算该时刻星敏感器姿态，提高了在星点运动条件下的卷帘曝光星敏感器的姿态测量精度。

本发明技术方案如下：一种基于平均速度的卷帘曝光星敏感器星点位置校正方法，包括：

步骤(1)、利用连续两帧卷帘曝光星图(设为第q帧和第q+1帧)，解算图像中n个对应星点沿图像水平(X)和竖直(Y)方向运动的平均速度

首先设置星敏感器为卷帘曝光模式，并获取卷帘曝光模式下的连续两帧(设为第q帧和第q+1帧)星图。其中已知星图宽为W列，高为H行。设置星敏感器卷帘曝光模式为：每行曝光时长为t_r，图像每行曝光起始时刻间隔为Δt，图像第k帧第H行曝光起始时刻与第k+1帧第1行曝光起始时刻间隔为Δt。

提取在第q帧星图中n个星点的质心坐标集同时提取在第q+1帧图像中对应的n个星点质心坐标集

两帧星图中对应星点i在两帧星图间运动时间为(H-Y_i^q+Y_i^q+1)*Δt，则第q+1帧星图中星点i的速度分别为：

其中，V_xi、V_yi分别表示第q+1帧星图中星点i沿着星图X、Y方向的速度，Δt为图像每行曝光起始时刻间隔。

则导航星点沿X，Y方向的移动平均速度为：

其中，n为星点个数，V_xi、V_yi为星点i沿着星图X，Y方向的速度；