基于星光矢量校正的在轨标定星敏感器透镜畸变的方法及卫星姿态确定方法

摘要

基于星光矢量校正的在轨标定星敏感器透镜畸变的方法及卫星姿态确定方法，它涉及在轨标定星敏感器透镜畸变的方法及卫星姿态确定方法，本发明要解决现有的标定方法无法标定温度畸变项，以及现有的卫星姿态确定方法存在精度不高的问题。在轨标定星敏感器透镜畸变的方法：由目标恒星成像点坐标及星敏感器透镜畸变公式计算得到恒星入射光与透镜光轴的夹角，由入射光与透镜光轴的夹角得到目标恒星的光矢量方向，再根据多颗目标恒星的光矢量方向夹角固定的原理在轨标定星敏感器透镜畸变。姿态确定方法：由目标恒星成像点坐标及标定得到的星敏感器透镜畸变公式计算得到目标恒星的星光矢量，再由星图匹配确定卫星姿态。本发明用于卫星姿态确定技术领域。

主权项

基于星光矢量校正的在轨标定星敏感器透镜畸变的方法，其特征在于基于星光矢量校正的在轨标定星敏感器透镜畸变的方法按以下步骤进行：步骤一、计算第i颗目标恒星与第j颗目标恒星的测量星角距对透镜畸变系数的导数，具体表达式如下，其中a为透镜畸变系数，x_i、x_j、y_i、y_j分别为第i颗目标恒星与第j颗目标恒星成像点的x,y方向坐标，α_i、α_j分别为第i颗目标恒星与第j颗目标恒星入射光与透镜光轴的夹角，步骤二、计算n颗目标恒星相互之间的星角距及其对透镜畸变系数的导数，得到矩阵H如下所示：$H=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\partial }{\partial a_1}{W}_1^T{W}_2& ...& \frac{\partial }{\partial a_7}{W}_1^T{W}_2\\ .& & .\\ .& ...& .\\ .& & .\\ \frac{\partial }{\partial a_1}{W_{\mathrm{num}-1}}^T{W}_{\mathrm{num}}& ...& \frac{\partial }{\partial a_7}{W_{\mathrm{num}-1}}^T{W}_{\mathrm{num}}\end{array}\right];$步骤三、根据星敏感器的元器件性能及应用经验给出在轨标定过程的系统噪声方差阵Q^w、量测噪声方差阵Q^v、初始的估计误差方差矩阵P(0)及真实的透镜畸变系数a_i与估计的畸变系数之间差值的初始值根据如下公式对估计误差方差矩阵P进行迭代更新：$\begin{array}{c}N\left(k\right)=P\left(k\right)H^T(k,\hat{\xi }\left(k\right))*[H(k,\hat{\xi }\left(k\right))P\left(k\right)H^T(k,\hat{\xi }\left(k\right))+Q^v{]}^{-1}\\ P(k+1)=P\left(k\right)+Q^w-N\left(k\right)[Q^v+H(k,\hat{\xi }\left(k\right))P\left(k\right)H^T(k,\hat{\xi }\left(k\right))]N^T\left(k\right)\end{array};$其中N、P为中间计算矩阵，无实际意义；k或k+1表示第k次迭代后的值；ξ(k)为第k次迭代后真实的透镜畸变系数与估计的透镜畸变系数之间差值所组成的矩阵，其具体表示如下，其中△a为相邻两次迭代所得透镜畸变系数间的差值，$\xi \left(k\right)=\left[\begin{array}{c}\Delta a_1\\ .\\ .\\ .\\ \Delta a_7\end{array}\right];$利用矩阵N迭代计算真实透镜畸变系数与原始畸变系数之间的差值ξ(k)，然后便得到最终的星敏感器透镜畸变系数，其计算公式如下所示：$\hat{\xi }(k+1)=\hat{\xi }\left(k\right)+N\left(k\right)[y\left(k\right)-H\hat{\xi }\left(k\right)],$$\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ .\\ .\\ .\\ a_7\end{array}\right]=\xi (k+1)+\left[\begin{array}{c}{\hat{a}}_1\\ .\\ .\\ .\\ {\hat{a}}_7\end{array}\right];$得到真实的星敏感器透镜畸变系数即意味着通过上述步骤完成了对星敏感器透镜畸变的在轨标定。