[发明专利]星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法及系统

说明书

本发明涉及一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法和系统。所述星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法包括：获取星敏感器光学系统参数；通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新。本发明的校正方法及系统仅对焦距进行最优化，从而大大减小了计算量，进而提高了其可行性和可靠性；进一步地，采用EKF算法进行滤波，减小了噪声对焦距更新结果的影响，进而进一步提高了系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及星敏感器技术领域，尤其涉及一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法及系统。

背景技术

星敏感器是当前精度最高的姿态敏感器，在卫星姿态确定中被广泛运用。低频误差是星敏感器精度提升的瓶颈，光学系统误差是低频误差的重要组成部分，而光学系统标定可以有效减小该误差，光学系统标定分为地面标定和在轨标定。

高精度星表是在轨标定常用的基准，Texas AM University-college Station(德克萨斯AM大学)的Griffith根据星表计算出的星间角距，将遗忘因子递归最小二乘应用到光学系统参数的最优化计算中，以增加新数据在计算中的权重，防止参数漂移，并且分析了算法的稳定性和收敛性。

国防科大的刘海波则提出了另一种最小二乘迭代结合卡尔曼滤波的在轨标定算法。哈工大的孙亚辉将透镜温度畸变补偿应用到在轨校正中去，经过仿真分析，提高了在轨校正的精度，但是只考虑了径向畸变，没有考虑切向畸变，也没有考虑离焦量的变化。

以上研究虽然使用了星表基准，但是并不依据星间角距信息进行最优化，印度科学院航天工程研究所的Madhumita.Pal将闭式解法应用于在轨参数估计，同时计算出星敏感器内元素及姿态。哈尔滨工业大学的耿云海教授同样利用该解法进行参数估计，但是应用了不同的畸变模型。北京航空航天大学的魏新国博士提出了基于RAC约束的在轨校正算法，从单帧星图中分步解算出外部参数和内部参数，并利用多帧星图对内部参数进行整体优化。申娟博士在其基础上改进了内部参数的优化方法，提出卡尔曼滤波迭代作为内参数的最优估计。相较于星间角距基准，此类算法并不能无条件实现星敏感器内外参数的解耦，对每一帧星图都需要重新计算外参数，计算结果受噪声的影响较大。

而如何高效且可靠的进行星敏感器光学系统参数在轨自适应校正，就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法及系统，以高效且可靠的实现星敏感器光学系统参数在轨自适应校正。

为实现上述目的，本发明提供一种星敏感器光学系统参数在轨自适应校正方法，所述方法包括：

获取星敏感器光学系统参数；

通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新。

在某些实施例中，所述通过扩展卡尔曼滤波方法对星敏感器的焦距进行在轨更新的步骤包括：

根据公式(1)对星敏感器的焦距进行在轨更新；

其中，为星间角距误差；m_k为当前内元素；P_k为K帧星图的状态方差；H_k为相对m_k的偏导数。

在某些实施例中，通过公式(2)获取星间角距误差的获取步骤包括：

其中：v_i为第i个星点对应的惯性系下的星矢量，v_i^Tv_j为第i个惯性系星矢量和第j个惯性系星矢量星间夹角的余弦值，F_ij(m_k)为内元素为m_k时由星点坐标计算得到的星间夹角余弦值。