[发明专利]一种星敏感器视场低频误差的地面标定方法

说明书

本发明一种星敏感器视场低频误差的地面标定方法，具体步骤为：在星敏感器视场范围内规划不同尺度的标定轨迹，大范围标定轨迹以一定密度和均匀度保证覆盖全视场，小范围的标定点则分布在每一个标定点为中心的几个像素范围内；采集暗场图像后由转台带动星敏感器按预设的不同尺度的标定轨迹同步嵌套的方式逐点移动；待标定的星敏感器对所有标定预设位置处的星点成像，采集窗口图像数据及对应的转台转角数据；根据小尺度范围数据有效分离像素高频空间误差，处理得到的星点坐标数据和转台数据进行视场空间低频误差拟合，最终获得星敏感器视场低频误差标定系数。本方法能有效降低标定残差，为星敏感器产品精度指标的提升奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种星敏感器视场低频误差地面标定方法，特别是一种基于误差分离思想的星敏感器视场低频误差标定方法。

背景技术

星敏感器作为一种高精度姿态测量部件，广泛应用于卫星、飞船等航天器上。其基本原理是采用图像传感器拍摄恒星图像，经过星图处理得到航天器的三轴惯性姿态。随着技术的发展，对星敏感器的精度指标提出了越来越高的要求。

星敏感器的像素空间高频误差和视场空间低频误差是决定其测量精度的关键。以往星敏感器误差的地面标定方法，一般采用单星模拟器加转台的方式进行全视场标定或者全视场分区标定。采用该方法能够满足角秒级、亚角秒级精度水平的产品需求。当指向测量精度需求达到优于0.1角秒及其以上的极高精度水平时，在亚角秒量级精度的产品标定时可忽略的暗电流噪声、像素空间高频误差带来的影响已不容忽视。若不进行误差分离考虑，则很难对视场低频误差进行有效标定，传统的标定方式已无法发挥作用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星敏感器视场低频误差的地面标定方法，实现星敏感器全视场不同尺度数据采样的误差分离标定。

本发明的技术解决方案是：一种星敏感器视场低频误差的地面标定方法，步骤如下：

(1)星敏感器安装于暗室中的二轴高精度转台上，模拟星敏感器工作的真空以及温度环境；转台调整至零位，连续采集多帧暗场图像数据并存储；

(2)根据星敏感器视场大小及像素尺寸，设定不同尺度的标定轨迹，具体包括大范围标定轨迹和小范围标定轨迹；所述大范围标定轨迹为覆盖全视场的均匀分布且密度合理的矩阵网格或其他分布形式；小范围标定轨迹则是以上述大范围内的每个标定点为中心，以若干像元数为半径的圆形轨迹或不规则轨迹；小范围标定轨迹的数量等于大范围标定轨迹所包含的点数；

(3)根据步骤(2)中设定的大范围标定轨迹，计算当前大范围标定点对应的转台位置并控制转台带动星敏感器转动到该位置；转台到位稳定后，星敏感器对平行光管模拟的单星点进行曝光成像，采集多组当前大范围标定点位置下的星点窗口图像数据及对应的转台俯仰角和偏航角数据并存储；

(4)当前大范围标定点位置下的星点窗口图像数据及对应的转台俯仰角和偏航角数据采集完成后，根据步骤(2)中设定的小范围标定轨迹，计算以步骤(3)中当前大范围标定点为中心的小范围标定点对应的转台位置并控制转台带动星敏感器转动至该位置；转台到位稳定后，星敏感器对平行光管模拟的单星点进行曝光成像，采集多组当前小范围标定点位置下的星点窗口图像数据及对应的转台俯仰角和偏航角数据并存储；

(5)若小范围标定点位置下的星点窗口图像数据及对应的转台俯仰角和偏航角数据采集结束，则执行步骤(3)中下一个大范围标定点位置下的数据采集，否则重复执行步骤(4)；按照大范围、小范围标定轨迹同步嵌套的方式逐点完成数据采集；

(6)将步骤(1)中采集到的暗场图像数据，进行多帧平均处理得到暗电流噪声背景图像；

(7)将步骤(3)、(4)、(5)中采集到的所有星点窗口图像数据减去步骤(6)得到的暗电流噪声背景图像，从减背景处理后的星点窗口图像中提取星点位置；将同一标定点位置下的多组星点坐标进行时域上的平均后得到该标定点位置对应的星点坐标；