一種基于選權(quán)迭代的星敏感器在軌幾何定標(biāo)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星測量精密儀器高精度定標(biāo)領(lǐng)域，涉及一種基于選權(quán)迭代的星敏感 器在軌幾何定標(biāo)技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器在衛(wèi)星的姿態(tài)測量和控制系統(tǒng)中起著重要的作用，它以恒星為參考，輸 出衛(wèi)星在天球慣性坐標(biāo)系下的姿態(tài)，是目前衛(wèi)星測量精度最高的一種的定姿設(shè)備。星敏感 器的定標(biāo)可以通過地面定標(biāo)和在軌定標(biāo)兩種方式完成，通過地面上進(jìn)行的嚴(yán)格定標(biāo)，可以 確定在軌運(yùn)行的初始參數(shù)。但是受衛(wèi)星發(fā)射過程中應(yīng)力的釋放、成像環(huán)境的變化以及器件 的老化等多種因素的影響，會使得光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生漂移，測量精度下降，因此需要對其 進(jìn)行在軌定標(biāo)。
[0003] 目前存在的星敏感器在軌定標(biāo)方法，都是基于星圖中的恒星能夠正確識別的基礎(chǔ) 上進(jìn)行的，然而現(xiàn)有的絕大多數(shù)星圖識別方法都依賴于星敏感器的相機(jī)參數(shù)，當(dāng)相機(jī)參數(shù) 存在較大的偏差時，就會嚴(yán)重影響星圖識別的準(zhǔn)確性，錯誤識別的恒星作為星敏感器在軌 定標(biāo)的控制點(diǎn)信息時，會顯著影響在軌幾何定標(biāo)中相機(jī)參數(shù)的解算精度。因此，如何有效地 抑制由于相機(jī)參數(shù)偏差造成的錯誤識別的恒星對定標(biāo)精度的影響，是星敏感器在軌幾何定 標(biāo)中亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的問題是，針對星敏感器，提供一種有效穩(wěn)健的在軌幾何定標(biāo)技 術(shù)方案，可以有效抑制錯誤識別的恒星對定標(biāo)精度的影響。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種基于選權(quán)迭代的星敏感器在軌幾何定標(biāo)方法，包括以 下步驟：
[0006] 步驟1，利用星敏感器拍攝多張恒星背景，獲取恒星控制點(diǎn)的方向矢量\和量測矢 量Wi;
[0007] 步驟2,構(gòu)建星敏感器在軌幾何定標(biāo)模型如下，
[0008] 設(shè)星敏感器同一星圖內(nèi)兩個星點(diǎn)對應(yīng)的兩個量測所得量測矢量^和Wj之間的夾 角0^，與導(dǎo)航星表中對應(yīng)恒星的方向矢量^和'_之間的夾角0 U相等，星敏感器在軌幾 何定標(biāo)模型的公式如下，
[0010]其中，Ri;j是余弦的偏差值，gij (?)是cos9ij的函數(shù)表不；
[0011]
是真值X = (X。，y。，f, h，Ppp2)的估計值，估計值全的改正 數(shù)用AX= (Ax。，Ay。，Af, Akp Api, Ap2)表示，（x^d)是星敏感器的主光軸與像平面 的交點(diǎn)的地面定標(biāo)值，f?是星敏感器的焦距地面定標(biāo)值，ki為光學(xué)鏡頭的徑向畸變系數(shù)，P1 和p2S光學(xué)鏡頭的切向畸變系數(shù)；
[0013] 步驟3,利用選權(quán)迭代與最小二乘方法解算定標(biāo)參數(shù)，獲取定標(biāo)結(jié)果。
[0014] 而且，所述恒星控制點(diǎn)的方向矢量如下，
[0016] 其中，a, 6冷別為恒星控制點(diǎn)的赤經(jīng)和赤煒。
[0017] 而且，設(shè)恒星控制點(diǎn)通過星敏感器成像以后在像平面上的坐標(biāo)為（Xi， yi)，星敏感 器的主光軸與像平面的交點(diǎn)的地面定標(biāo)值為（X(l，％)，則星像點(diǎn)對應(yīng)的量測矢量如下，
[0019] 其中，Ax與Ay為像平面上的坐標(biāo)（Xi,yj處的畸變誤差。
[0020] 而且，步驟3的實(shí)現(xiàn)方式如下，
[0021] 設(shè)一共觀測了 H張星圖，第h張星圖中有nh個星點(diǎn)，其中h= 1，2,…，H，則根據(jù)星 敏感器在軌幾何定標(biāo)模型有
[0022] Rh= A h A X
[0023]其中，
[0025] i= 1, . . . ,nh-l,j=i+1, . . . ,nh；
[0026] 利用觀測的H張星圖，構(gòu)建超定方程組如下
[0027] Rk=AkAXk
[0028] 其中k為迭代次數(shù)，A Xk是第k次迭代的估計值i的改正數(shù)，
[0030] 執(zhí)行以下步驟，
[0031]步驟3. 1，輸入?yún)?shù)X。，y。，f,h，Pn口2的初始值，令k = 0;
[0032] 步驟3. 2,進(jìn)行最小二乘估計如下，
[0033] AXk= (AkTPkAk)_1A kTPkRk-
[0034]其中，矩陣 Pk= diag(p p2…pt...pKOT(A))k且 t = 1，2...，Row(A)，Row(A)表示中矩 陣Ak行數(shù)，是夾角觀測值的數(shù)量，p t為第k次迭代時對應(yīng)夾角觀測值的權(quán)，P k的初始值為單 位陣；
[0035]步驟3. 3,判斷是否| | AXk| | > e，e為預(yù)設(shè)的正數(shù)值；
[0036]否則輸出=i^ +AZ^，結(jié)束流程；其中，i是第k次迭代的估計值全， 是第k+1次迭代的估計值
[0037] 是則進(jìn)入步驟3. 4;
[0038] 步驟3. 4,判斷是否k > 0，
[0039] 是則更新參數(shù)= 1+ ,然后進(jìn)入步驟3. 5;
[0040] 否則直接進(jìn)入步驟3. 5;
[0041] 步驟3. 5,采用選權(quán)迭代的方式更新各權(quán)值pt，令k = k+1，然后返回步驟3. 2。
[0042] 而且，步驟3.5中，采用選權(quán)迭代的方式更新各權(quán)值pt實(shí)現(xiàn)如下，
[0043] 設(shè)滿足標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，^是各個夾角觀測值的多余觀測分量，ut是各個夾 角觀測值的殘差，t = 1，Row(A)，
[0045] 其中，Tt為統(tǒng)計信息，F(xiàn)是預(yù)設(shè)的閾值，^為&=(^)的單位權(quán)方差的估計值。
[0046] 本發(fā)明還相應(yīng)提供一種基于選權(quán)迭代的星敏感器在軌幾何定標(biāo)系統(tǒng)，包括以下模 塊：
[0047] 恒星控制點(diǎn)提取模塊，用于利用星敏感器拍攝多張恒星背景，獲取恒星控制點(diǎn)的 方向矢量Vi和量測矢量w i;
[0048] 模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建星敏感器在軌幾何定標(biāo)模型如下，
[0049] 設(shè)星敏感器同一星圖內(nèi)兩個星點(diǎn)對應(yīng)的兩個量測所得量測矢量^和w』之間的夾 角0^，與導(dǎo)航星表中對應(yīng)恒星的方向矢量^和'_之間的夾角0 U相等，星敏感器在軌幾 何定標(biāo)模型的公式如下，
[0051] 其中，Ri;j是余弦的偏差值，g ij(?)是cos Q ij的函數(shù)表不;；
[0052] 是真值X =(X。，y〇，f, ki,Pi,p2)的估計值，估計值全的改 正數(shù)用AX= (Ax0, Ay0, Af，Ak" Ap" Ap2)表示，（x0，y0)是星每女感器的主光車由與像平 面的交點(diǎn)的地面定標(biāo)值，f?是星敏感器的焦距地面定標(biāo)值，匕為光學(xué)鏡頭的徑向畸變系數(shù)， pJP P 2為光學(xué)鏡頭的切向畸變系數(shù)；
[0053] 矩陣
[0054] 定標(biāo)模塊，用于利用選權(quán)迭代與最小二乘方法解算定標(biāo)參數(shù)，獲取定標(biāo)結(jié)果。
[0055] 而且，所述恒星控制點(diǎn)的方向矢量如下，
[0057] 其中，a和S冷別為恒星控制點(diǎn)的赤經(jīng)和赤煒。
[0058] 而且，設(shè)恒星控制點(diǎn)通過星敏感器成像以后在像平面上的坐標(biāo)為（Xi，yi)，星敏感 器的主光軸與像平面的交點(diǎn)的地面定標(biāo)值為（ X(l，％)，則星像點(diǎn)對應(yīng)的量測矢量如下，
[0060] 其中，Ax與Ay為像平面上的坐標(biāo)（Xi, y)處的畸變誤差。
[0061] 而且，定標(biāo)模塊的實(shí)現(xiàn)方式如下，
[0062] 設(shè)一共觀測了 H張星圖，第h張星圖中有nh個星點(diǎn)，其中h= 1，2,…，H，則根據(jù)星 敏感器在軌幾何定標(biāo)模型有
[0063] Rh= A h A X
[0064] 其中，
[0066] i = 1, . . . , nh-l, j = i+1, . . . , nh；
[0067] 利用觀測的H張星圖，構(gòu)建超定方程組如下
[0068] Rk=AkAXk
[0069]其中k為迭代次數(shù)，AXk是第k次迭代的估計值％的改正數(shù)，
[0071] 執(zhí)行以下步驟，
[0072]步驟3. 1，輸入?yún)?shù)X。，y。，f,h，Pn口2的初始值，令k = 0;
[0073] 步驟3. 2,進(jìn)行最小二乘估計如下，
[0074] AXk= (AkTPkAk)_1A kTPkRk-
[0075]其中，矩陣 Pk= diag(p丨，p2…pt...pKOT(A)) k且 t = 1，2...，Row(A)，Row(A)表示中矩 陣Ak行數(shù)，是夾角觀測值的數(shù)量，p t為第k次迭代時對應(yīng)夾角觀測值的權(quán)，P k的初始值為單 位陣；
[0076]步驟3. 3,判斷是否| | AXk| | > e，e為預(yù)設(shè)的正數(shù)值；
[0077]否則輸出i+1=L + ，結(jié)束流程；其中，么是第k次迭代的估計值^，乂+1是 第k+1次迭代的估計值;^
[0078] 是則進(jìn)入步驟3. 4;
[0079] 步驟3. 4,判斷是否k > 0，
[0080] 是則更新參數(shù)+ ,然后進(jìn)入步驟3. 5;
[0081] 否則直接進(jìn)入步驟3. 5;
[0082] 步驟3.5,采用選權(quán)迭代的方式更新各權(quán)值pt，令k=k+1，然后返回步驟3. 2。
[0083] 而且，步驟3.5中，采用選權(quán)迭代的方式更新各權(quán)值pt實(shí)現(xiàn)如下，
[0084] 設(shè)滿足標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，1,是各個夾角觀測值的多余觀測分量，1^是各個夾 VJ 角觀測值的殘差，t = 1，Row(