[发明专利]基于三角函数拟合的成像型地球敏感器地球扁率补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于航天光学遥感技术领域，涉及一种成像型地球敏感器地球扁率补偿方法，特别是一种基于三角函数拟合的成像型地球敏感器地球扁率补偿方法。

背景技术

基于成像型地球敏感器和星敏感器进行自主导航是一种典型的天文导航方法。地球敏感器通过对地心矢量的测量，可以确定航天器的滚动和俯仰姿态；星敏感器对恒星观测得到惯性姿态；二者结合就可以确定航天器的位置。

通常地球敏感器的测量模型中认为地球是标准的球体，而地球的实际形状近似为小扁率的椭球体，地球扁率的存在使地球敏感器测量值存在系统误差。目前，地球扁率修正方法主要是针对扫描式地球敏感器，如李捷在1997年第15卷第4期的航天控制上发表的论文“基于地球椭球特性的红外地球敏感器测量值的修正算法”，采用一阶修正算法对地球扁率误差进行了修正。

成像型地球敏感器的基本工作原理是根据成像的边缘点集合对成像中心进行拟合。以往研究中往往忽略地球扁率，以标准圆或标准椭圆作为边缘拟合的模型，认为拟合后的几何中心就是地球中心在CCD平面的像点，利用该点计算得到地心方向矢量。由于地球形状并不是标准的球体，考虑地球扁率时，地球成像更加复杂，并不是简单的二次曲线，所以直接利用拟合后的几何中心计算出的矢量与真实地心矢量不一定重合。由于成像型地球敏感器和扫描式地球敏感器工作原理不同，所以地球扁率的补偿方法也有很大的不同。目前还尚未有关于成像型地球敏感器地球扁率的补偿方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于三角函数拟合的成像型地球敏感器地球扁率补偿方法，有效克服了地球扁率对地心测量的影响，提高了地心方向测量精度，进一步提高导航系统的精度。

本发明的技术解决方案是：基于三角函数拟合的成像型地球敏感器地球扁率补偿方法，步骤如下：

第一步，对成像型地球敏感器地心方向测量进行建模，公式如下

us=1xs2+ys2+f-xs-ysf---(1)]]>

第二步，先不考虑地球扁率，利用地球成像的边缘点在成像型地球敏感器CCD平面的坐标计算得到边缘点几何中心，把该几何中心点认为是地心在CCD平面的坐标，根据建模公式(1)计算得到地心方向u_s；

其中，f为成像型地球敏感器透镜的焦距，(x_s，y_s)为地心在CCD平面坐标系中的坐标；

第三步，考虑地球扁率影响，得到地心成像在CCD平面真实像点坐标(x_e，y_e)，将测量地心方向与真实地心方向比较，利用公式(2)构造滚动误差角和俯仰误差角θ_m：

第四步，通过三角函数公式(3)对上述滚动误差角和俯仰误差角θ_m进行拟合，求出三角函数系数A₁、A₂和C₁、C₂，

其中u是近地点幅角和真近点角之和，和θ_a为三角函数值；