一种基于星图数据的星敏感器在轨精度测量方法

摘要

一种基于星图数据的星敏感器在轨精度测量方法。利用星敏感器获取的单帧静态星图数据对星敏感器在轨指向精度、视场角等关键性能进行测量，通过采用一种将求解特征值问题转换为求解一个四阶方程根的问题，从而加快速度的四元数估计算法(QUEST)获得最优姿态矩阵A_q，再根据姿态矩阵A_q和识别出来的n颗导航星，反算出每颗导航星在图像传感器上的理论位置即星敏感器的主光轴与界面的理论交点(x_it,y_it)，通过计算理论星点位置(x_it,y_it)与实际测量的星点位置即星敏感器的主光轴与界面的实际交点(x_i,y_i)之间的误差，取其平均值，并将其转换为等效的角度值，获得星敏感器的精度。相对于通常采用的在轨比较法，本发明提出的方法省去了星敏感器之间的时间对准和安装矩阵的误差的影响，测量精确度更高。

主权项

一种基于星图数据的星敏感器在轨精度测量方法，其特征在于如下步骤：步骤1:星图获取及提取根据卫星实时空间位置信息，推算得到准确的星图拍摄时间，然后根据星图拍摄时间编制星敏感器在轨程控指令，在规定时间控制星敏感器的图像传感器获取位于导航星表中的导航星星图信息，得到满足目标区域要求的星图数据；然后进行星点提取，为从星图中区分背景像素、噪声像素和星点像素，识别出星点信息，首先，将当前像素灰度值与预设的阈值进行比较，如果大于阈值则标记为噪声标记或星点标记，如小于阈值则标记为背景标记，然后根据相邻像素标记就可以识别该像素属于哪个星点，再对该星点对应的质心参数组值进行累加，如果当前像素标记为背景标记或噪声标记，则不执行相应的识别和累加操作，以此实现在去除噪声的同时提取星点质心，得到星点坐标，最后再结合星敏感器的固有参数，得到星点在星敏感器坐标系统中的方向矢量w_i；步骤2:星图识别处理利用基于k矢量和导航星域相结合的4主星星图识别方法综合实现了全天自主模式快速识别和跟踪模式下的主星星图识别能力，识别出当前在星敏感器坐标系统的方向矢量w_i的星像点所对应导航星表中的导航星s_i，通过筛选导航星，进而获得在星敏感器坐标系统中的方向矢量w_i的星点在天球坐标系中的方向矢量v_i；步骤3:基于单帧星图数据的星敏感器在轨精度计算方法在理想情况下w_i、星敏感器姿态矩阵A以及v_i满足如下关系为w_i＝Av_i，利用四元数估计算法QUEST及相关算法对星敏感器姿态矩阵A进行求解，通过求解使得星点理论星点位置与实际测量误差最小化的目标函数J(A_q)，获得最优姿态矩阵A_q；再根据姿态矩阵A和v_i，反算出每颗导航星在图像传感器上理论星点位置；最后通过计算理论星点位置与实际测量的星点位置的误差，对所有识别出的星点的实际测量星点位置与理论星点位置误差取平均值，并将误差平均值转换为等效的角度值，等效的角度值即表示星敏感器的在轨指向精度。