[发明专利]一种星敏感器外场转换基准测定系统及方法

说明书

本发明涉及一种星敏感器外场转换基准的测定系统及方法，所述的系统包括星敏感器1、天文引北经纬仪2、经纬仪A3、经纬仪B4、GPS天线5、GPS接收机6、气压温度传感器7和控制计算机8；所述的方法，使用本发明所述的系统；本方法应用恒星作为测量参考，测定星敏感器测量坐标系与基准棱体坐标系的转换关系。避免了传统实验室测定方法中，在星敏感器标定过程中，主点等参数受参数耦合影响而产生的估计误差。有效地提升了转换基准的测定精度。本方法广泛适用于各类型星敏感器外部引出基准的测定。

技术领域

本发明属于天文导航领域，具体涉及一种星敏感器外场转换基准测定系统及方法。

背景技术

关于星敏感器转换基准测定方法，尚未见有公开报道的专利。

星敏感器是具有高度自主性的导航设备，通过视场中星点的观测矢量与天文星表中的参考矢量进行比对，测得载体的姿态信息。在实际测量过程中，星敏感器直接得到的是其测量坐标系相对参考坐标系的关系。测量坐标系建立在光电探测部件上，没有明确的外化特征。

一般使用六面棱体将星敏感器的姿态测量结果传递给其它导航设备。各台星敏感器出厂前，棱体坐标系相对星敏感器测量坐标系的转换基准需要事先测定并写入姿态解算程序中。实际工作时，星敏感器直接输出棱体坐标系相对参考坐标系的姿态信息。转换基准对于星敏感器的精度性能至关重要，其测定误差将导致姿态测量结果引入固定偏差。

目前星敏感器转换基准一般采用实验室方法测定：星敏感器安装在高精度转台上对长焦平行光管的模拟单星进行观测，转台发生不同角度模拟星点从不同方向入射。通过参数标定求解，可得出星敏感器测量坐标系与转台坐标系间的关系。转台个转轴上贴有基准棱镜，利用经纬仪可测得转台坐标系与星敏感器棱体坐标系间的关系。结合两次测量结果可测得星敏感器转换基准。

实验室标定过程中存在参数耦合问题：标定采集质心数据中的误差将使得各个标定参数相互耦合，估计偏离真值。由于星敏感器光学镜头的畸变较小，因此成像模型接近于针孔模型，表征测量坐标系的主点参数受耦合的影响最为严重。根据仿真结果分析，主点位置误差可达到角分级别。该误差将直接引入转换基准的最终测定结果中，造成巨大的转换误差。

发明内容

本发明的目的在于：克服传统星敏感器转换基准测定方法受实验标定过程参数耦合问题影响在测定精度方面的不足，提出一种星敏感器外场转换基准测定方法。该方法利用天文引北的方式确定棱体坐标系与当地惯性坐标系的关系。再结合星敏感器姿态信息、导航卫星信息和气象数据确定星敏感器测量坐标系与当地惯性坐标系的关系，最终测定转换基准。本方法测定精度高，广泛适用于各类星敏感器。

本发明的技术方案如下：一种星敏感器外场转换基准的测定系统，包括星敏感器、天文引北经纬仪、经纬仪A、经纬仪B、GPS天线、GPS接收机、气压温度传感器和控制计算机；

所述的星敏感器、GPS接收机和气压温度传感器分别与控制计算机相连，用于将相关数据信息传输至控制计算机；

所述的GPS接收机与GPS天线相连，用于接收导航卫星传入的地理位置和时间信息；

所述的天文引北经纬仪依据北极星建立当地惯性坐标系，为经纬仪A、经纬仪B提供基准信息，从而确定棱体坐标系与当地惯性坐标系的相互关系；

所述的经纬仪A、经纬仪B分别对星敏感器棱体上相互正交的两个面的法向进行测定；

所述的星敏感器对视场内的恒星进行观测，并将各帧星图数据送入控制计算机中；所述的控制计算机在收到星图数据后，结合导航卫星传入的地理位置和时间信息以及气压温度传感器传入的气压温度信息，确定星敏感器在当地惯性坐标系下的姿态；

结合棱体坐标系与当地惯性坐标系的关系和星敏感器在当地惯性坐标系下的姿态，进而求得星敏感器的转换基准。