[发明专利]一种星敏感器在轨光行差的修正方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及空间科学，具体说就是一种星敏感器在轨光行差的修正方法。 

(二)背景技术

任何恒星在天球上的位置都是确定的，因此，实现恒星的捕获与跟踪的星敏感器成为空间飞行器上用于精确测定飞行器飞行姿态的测量设备。它以可精确定位的恒星系统作为绝对参照系，通过对恒星的观测、识别、计算得到空间飞行器的姿态。由于恒星的位置被定义在惯性坐标系中，星敏感器每次的姿态估算都是敏感器相对于惯性坐标系的实时直接测量，这些测量值不会像基于陀螺的姿态测定系统那样具有系统偏差和慢速漂移。星敏感器姿态的测量值可以直接使用，或用来修正陀螺漂移，而无须考虑任何偏差和漂移的校正。星敏感器的测姿精度远远优于太阳角计、地磁传感器等其它测姿设备，它是目前航天应用中测量精度最高的测姿敏感器。 

星敏感器是高精度仪器，但存在多种误差源，例如安装，热变形等误差以及光学系统成像误差，加工装配误差，光轴不稳定性，图像传感器噪声、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测角精度。星敏感器标定采用待定系数法同时对焦距、主点误差、空间量化误差和光学系统畸变进行修正，可采用实验室高精度转台和外场实际观星进行标定。实验室标定利用单星模拟器和精密转台，在视场内均匀设置标定网格由星敏感器测出各网格点的星像坐标，同时记录星敏感器光轴在模拟器及转台的方位角和高度角，利用最小二乘法计算标定系数。外场观星标定方法：将地球当作均匀转动转台，由精确时钟代替刻度盘，用相对地球静止的星敏感器对天顶进行观星，把星点作为目标，让其匀速扫过视场，分别记录它们每个时刻在星敏感器像平面坐标系的位置以及其在天球惯性坐标系中的坐标，将不同时刻拍摄的恒星坐标归算到观测起始时刻的位置，用多项式拟合计算待定系数。 

天球中，在日、月的引力作用下，地球自转轴的空间指向并不固 定，呈现为绕一条通过地心并与黄道面垂直的轴线缓慢而连续地运动，大约25800年顺时针向(从北半球看)旋转一周，描绘出一个圆锥面，使春分点沿黄道以与太阳周年视运动相反的方向每25800年旋转一周，每年西移约50.3″。这种由太阳和月球引起的地轴的长期进动(或称旋进)称为日月岁差；此外，在行星的引力作用下，地球公转轨道平面不断地改变位置，这不仅使黄赤交角改变，还使春分点沿赤道产生一个微小的位移，其方向与日月岁差相反，这一效应称为行星岁差。行星岁差使春分点沿赤道每年东移约0.13″。日月岁差和行星岁差的综合作用使天体的坐标如赤经、赤纬等发生变化，一年内的变化量称为周年岁差。由于地球相对于月球和太阳的位置有周期性的变化，它所受到的来自后两者的引力作用也有相同周期的变化，使得地球自转轴的空间指向除长期的缓慢移动(岁差)外，还叠加上各种周期的幅度较小的振动，这称为章动。章动使得春分点在黄道上和黄赤交角对于各自的平均位置产生周期性的振荡。因而使得天体的坐标如赤经、赤纬等都发生变化。由于受“岁差”、“章动”因素的影响，恒星的视位置和平位置有较大差别，因此必须对基本星表进行修正才能进一步提高星敏感器的数据精度，对于“岁差”、“章动”的修正可以采用采用伍拉德根据刚体地球模型等公式。 

光的有限速度率和星敏感器(与卫星)绕地球轨道运动，而地球又绕太阳的轨道运动引起的恒星位置的视移位。在一年内，恒星似乎围绕它的平均位置走出一个小椭圆。这个现象在1729年由詹姆斯·布拉德雷发现，并被他用来测量光的速率。在同一瞬间，运动中的观测者所观测到的天体视方向与静止的观测者所观测到天体的真方向之差(称为光行差)。由于光行差位移的存在，在高精度卫星姿态确定系统中，必须加以修正由于光行差导致的星敏感器姿态漂移。 

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种星敏感器在轨光行差的修正方法。 

本发明的目的是这样实现的：步骤如下： 

步骤一：根据公式 计算卫星的周年光行差常数；式中：α是光行差误差倾角，μ为星光视方向与地球运动方向的 夹角，V是地球公转线速度，c是光速； 

步骤二：利用星载设备，测量卫星在惯性坐标系下的线速度； 

步骤三：利用星载惯性器件，测量卫星在轨道坐标系下的三轴姿态，然后计算卫星在惯性坐标系下的姿态； 

步骤四：根据卫星在惯性坐标系下的姿态，以及星敏感器像空间坐标系与卫星本体坐标系之间的关系，计算星敏感器在惯性坐标系下的光轴指向； 

步骤五：根据星敏感器像空间坐标系与卫星本体坐标系之间的关系，计算垂直于星敏感器光轴指向在惯性坐标系下的线速度；