[发明专利]基于异步曝光的高精度星敏感器数据融合方法

说明书

本发明在一种基于异步曝光的高精度星敏感器数据融合方法中，控制星敏感器的各探头异步曝光采集图像；由星跟踪算法确定定姿星，解算各探头的姿态四元数；对参与融合的定姿星观测星矢量做时空配准；将相邻曝光时刻的两探头视场内的定姿星信息，进行星矢量级融合并解算姿态四元数；将融合后的姿态四元数转到参考坐标系下输出。本发明通过控制各探头异步曝光，相邻时刻曝光的两探头的视场信息融合解算姿态，将数据更新率提高；采用两个探头的定姿星做星矢量融合，扩大了视场角，提高了光轴方向的姿态角精度，同时相对于同步曝光中融合所有探头的测量信息，降低了数据传输量，减小了参与解算的星矢量数目，减少了姿态解算的耗时，数据更新率高。

技术领域

本发明涉及一种多探头星敏感器的数据融合方法，特别涉及一种基于异步曝光的高精度星敏感器数据融合方法。

背景技术

星敏感器是组成高精度姿轨控系统的关键部件，其以恒星为参考基准，具有定位精度高，质量小，功耗低，高度自主，并且无姿态累积误差等优点，是目前所有姿态敏感器中精度最高的敏感器。传统单探头星敏感器的光轴方向姿态角精度一般比另外两轴姿态角精度低一个数量级。由于单探头星敏感器视场有限，导致观测矢量空间分布较密集，月光等杂散光会降低系统可靠性。为了克服以上不足，通常在航天器上安装两个或两个以上的星敏感器，它们独立工作，互为备份，提高了姿态测量的精度和可靠性。

为了进一步改善星敏感器的性能，近年来国外出现了以法国Hydra星敏感器为代表的多探头星敏感器。多探头星敏感器，具有两个以上光学探头，通过一个线路盒将多个探头的探测信息融合解算，可明显提高光轴方向精度；同时多探头的不同方位的安装方式，可在某个探头因遮挡、杂光等因素，无法输出数据的情况下，稳定输出姿态信息，提高了系统的可靠性。

多个视场观测信息的融合处理方法作为多探头星敏感器的关键技术之一，是当前的研究热点。

多探头星敏感器数据融合的方法较多，像素级图像拼接，星矢量级融合，四元数融合等，但无论何种方式，均是为了提高系统的可靠性和姿态精度。参与融合信息的增多，导致计算量增大，实时性降低，因此，必然需要一种保证姿态角精度的同时提高数据更新率的方法。

发明内容

本发明涉及一种基于异步曝光的高精度星敏感器数据融合方法，旨在达到既满足三轴姿态角精度一致，又能提高数据更新率的目的，用于指导多探头星敏感器视场融合工作模式设计。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于异步曝光的高精度星敏感器数据融合方法，包含以下步骤：

S1、控制星敏感器的各探头异步曝光采集图像；

S2、由星跟踪算法确定定姿星，解算各探头的姿态四元数；

S3、对参与融合的定姿星观测星矢量做时空配准；

S4、将相邻曝光时刻的两探头视场内的定姿星信息，进行星矢量级融合并解算姿态四元数；

S5、将融合后的姿态四元数转到参考坐标系下输出。

优选地，三个探头以T/3为时间间隔的曝光控制时序依次启动曝光，T 为前一拍曝光起始时刻与后一拍曝光起始时刻之间的时长。

优选地，曝光结束后，保存采集的星图到指定位置；由质心提取算法对采集的星图提取探测星星点质心数据，由星图识别算法确定导航星，由星跟踪算法确定定姿星。

优选地，根据定姿星观测星矢量、对应的导航星在天球坐标系下的参考星矢量，解算单个探头的姿态四元数。