[发明专利]一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法

说明书

本发明公开了一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，包括以下步骤：S1、采用天基小视场相机和星敏同时曝光扫描各自视场对应的天区，获取小视场相机拍摄的期望恒星图像和星敏测量坐标系下的卫星惯性四元数；S2、星敏分别根据天基小视场相机与星敏的测量信息计算恒星在星敏测量坐标系和天基小视场相机测量坐标系中的恒星矢量坐标；S3、通过最优估计算法计算天基小视场相机和星敏的测量偏差角的估计值；S4、设置步骤S3估计算法的限制条件，包括对所述估计值限幅以及对估计算法计时。本发明辨识精度高，辨识数据可直接用于下一次的载荷任务，提高定姿以及任务精度，具有较强的工程实用性。

技术领域

本发明涉及卫星姿态确定与基准辨识技术，具体涉及一种天基小视场相机与星敏感期测量基准同步的天文标定方法。

背景技术

空间安全卫星需要获得目标卫星的位置和姿态信息，在姿态信息获取过程中涉及到星敏(星体姿态敏感器)相对于卫星本体坐标系的测量基准误差以及跟瞄单机(天基小视场相机)相对于卫星本体坐标系的测量基准偏差。

星敏以及天基小视场相机都是高精度光学仪器，存在多种误差源，例如安装误差，热变形误差，光学系统成像误差，加工装配误差，光轴不稳定性，CCD噪声、暗电流、响应不均匀性，电子线路噪声，标定误差等，因此必须进行误差标定补偿才能获得高精度测角。目前，星敏以及小视场相机的标定一般用地面标定试验设备进行标定，但由于地面标定相应的实验室及测控系统相当复杂，价格昂贵且地面标定的环境并不能完全真实模拟卫星在轨运行的各种空间环境。

其次，随着卫星在辐照环境下工作时间的增加，星敏以及天基小视场相机内部光学系统像差加大以及结构变形等，导致星敏以及小视场相机各种地面标定参数发生变化。星敏以及天基小视场相机实际在轨测量时，受安装误差及标定精度等各种因素影响，测量误差增大，降低了二者的测量精度；

再者，天基小视场相机一般限于视场大小，无法直接输出其测量系下的卫星惯性四元数信息，而在空间安全卫星的姿态指向控制中，常常会用到天基小视场相机和星敏的测量信息进行卫星姿态确定，所以需要对星敏及天基小视场相机之间安装偏差进行标定，并反映到高精度姿态确定中。

发明内容

本发明的目的是解决目前的星敏以及天基小视场相机标定方法误差大、测量精度的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种小视场相机与星敏测量基准同步的天文标定方法，包括以下步骤：

S1、采用天基小视场相机和星敏同时曝光扫描各自视场对应的天区，期望恒星在天基小视场相机的视场中心附近，获取星敏测量坐标系下的卫星惯性四元数和小视场相机测量坐标系下的期望恒星图像；

S2、星敏分别根据天基小视场相机与星敏的测量信息计算同一恒星在星敏测量坐标系和天基小视场相机测量坐标系中的恒星矢量坐标；

S3、通过最优估计算法计算天基小视场相机和星敏的测量偏差角的估计值；

S4、设置步骤S3估计算法的限制条件，包括对所述估计值限幅以及对估计算法计时。

其中，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S11、利用卫星任意惯性空间的指向能力，使卫星上的天基小视场相机的光轴指向转至空间内的期望恒星，期间，卫星进行定速定角度范围的三轴姿态扫描，使得固连于卫星上的天基小视场相机的视场始终覆盖期望恒星，期望恒星在天基小视场相机拍摄图像的中心附近作“十”字轨迹运动，运动过程中，星敏实时处理小视场相机的测量图像信息，获取期望恒星在天基小视场相机测量坐标系中的矢量位置r；

S12、在天基小视场相机拍摄期望恒星所在天区图像时，星敏同步曝光获取自身视场对应的天区图像，并获取在星敏测量坐标系下的卫星惯性四元数q_is。

其中，星敏将内部曝光信号实时发送给天基小视场相机，使两者下降沿同步。