[发明专利]一种星敏感器原始观测数据预处理方法及系统

说明书

本发明提供了一种星敏感器原始观测数据预处理方法及系统，包括基于陀螺时标信息对多星敏感器原始观测数据的时间基准进行统一；计算多星敏感器间光轴夹角时间变化序列；计算星敏感器理论光轴夹角大小，进一步构建星敏感器原始观测数据质量控制判定模型，探测星敏感器中可能存在的粗差，最后将每个星敏感器的时间序列观测值分成正常输出观测值组与非正常输出观测值组；将正常输出观测值作为拟合基准点，基于滑动窗口多项式拟合对非正常输出的星敏感器观测值进行修复。本发明可以实现星敏感器不正常输出观测值的探测与修复，有效削弱星敏感器粗差观测值影响，进一步实现高精度姿态确定，为高分辨率光学影像高精度几何处理提供保证。

技术领域

本发明属于遥感卫星地面预处理领域，特别是涉及到一种星敏感器原始观测数据预处理方法及系统。

背景技术

目前高分辨率光学卫星广泛采用由星敏感器和陀螺构成的卫星姿态确定系统实现精密姿态确定，并用于光学影像的高精度几何处理。星敏感器作为一种常用的高精度姿态测量部件，其主要工作原理是通过恒星相机对恒星进行摄影，利用获取的恒星影像确定卫星的姿态，处理流程包括星点提取、导航星表建立与优化以及星图识别等关键步骤。由于卫星在轨运行过程中所处的空间环境比较复杂以及成像器件本身特性，导致以下干扰因素的产生：(1)星敏感器获取的星图存在各种噪声，例如光子散粒噪声、读出噪声以及暗电流噪声；(2)星图数据纹理信息匮乏、信噪比比较低，存在拖尾现象；(3)星图中导航星分布不均匀；(4)星图匹配识别错误。基于以上因素会导致星敏感器输出的观测值中存在一些不正常观测值，因此需要对星敏感器输出的观测值进行可用性判识，以免将非正常工作中的观测数据引入组合定姿系统中，影响最终精密姿态的确定与光学影像的几何处理。

发明内容

本发明针对星敏感器输出观测值中存在粗差难以探测与修复的问题，提供了一种基于光轴夹角变化检测技术的星敏感器观测数据预处理技术方案。

本发明提供的技术方案为一种星敏感器原始观测数据预处理方法，包括以下步骤：

步骤1，基于陀螺时标信息对多星敏感器原始观测数据的时间基准进行统一；

步骤2，基于步骤1的结果，计算多星敏感器间光轴夹角时间变化序列，多星敏感器间光轴夹角计算实现方式如下，

设在相同时刻t的星敏感器A的四元数观测值为星敏感器B的四元数观测值为得到时刻t的本体到惯性系的星敏感器A、B分别相应旋转矩阵表达式如下，

进一步得到星敏感器A、星敏感器B的光轴矢量Z^A,Z^B在惯性系中表示如下，

Z^A＝[2(q_1Aq_3A+q_2Aq_0A) 2(q_2Aq_3A-q_1Aq_0A) -q_1A²-q_2A²+q_3A²+q_0A²]^T

Z^B＝[2(q_1Bq_3B+q_2Bq_0B) 2(q_2Bq_3B-q_1Bq_0B) -q_1B²-q_2B²+q_3B²+q_0B²]^T