[发明专利]一种复杂动态环境下星敏感器动态误差抑制方法

说明书

本发明提供一种复杂动态环境下星敏感器动态误差抑制方法，包括以下步骤：利用拍摄星图提取星点质心坐标；基于陀螺测量数据获取星点质心预测坐标；获取星点质心预测坐标与实际提取坐标之差；建立卡尔曼滤波状态空间模型和观测模型，实现星敏感器动态误差抑制；输出误差修正后的星敏感器姿态和陀螺姿态。本发明利用陀螺测量得到的惯性系下角速度重构星点在曝光周期内的轨迹得到预测星点质心，通过观测预测星点质心与提取得到的星点质心偏差，并建立该偏差与星敏感器动态误差、安装误差与陀螺误差的数学模型，实现星敏感器动态误差、安装误差的同步求解，消除安装误差对星敏感器动态误差抑制的影响，能实现在复杂动态环境下抑制星敏感器动态误差。

技术领域

本发明涉及航天航空技术领域，具体涉及一种复杂动态环境下星敏感器动态误差抑制方法。

背景技术

星敏感器是现有姿态测量精度最高的敏感器，星敏感器在动态使用环境下会产生星点运动模糊，导致星点提取精度下降，这是星敏感器动态误差的主要因素。

一般动态条件下，星敏感器动态误差抑制可通过图像处理技术中图像复原的方法解决，美国专利US9316716B2提出的姿态关联帧方法也可抑制一般动态条件下的星敏感器动态误差。此处，一般动态条件指曝光周期内星敏感器运动角速度恒定。

复杂动态条件下，星敏感器动态误差主要由星敏感器姿态偏离曝光中间时刻引起，美国专利US7487016B2提出了一种基于陀螺信息的星敏感器星点质心误差补偿方法，此种方法是目前已知可有效用于复杂动态条件下的星敏感器动态误差抑制方法，该方法利用陀螺信息重构星点在曝光周期内的运动轨迹，因此，此种方法对陀螺与星敏感器安装角标定精度要求较高，在安装角标定精度不足或者外界环境导致安装角发生变化的条件下该方法的误差抑制效果会下降甚至会产生误差放大效应。此处，复杂动态条件指曝光周期内星敏感器运动角速度随时间变化。

发明内容

本发明提供一种复杂动态环境下星敏感器动态误差抑制方法，针对现有技术中复杂动态条件下星敏感器动态误差抑制对安装误差较敏感的缺陷，具体技术方案如下：

一种复杂动态环境下星敏感器动态误差抑制方法，包括以下步骤：

第一步、利用拍摄星图提取星点质心坐标

第二步、基于陀螺测量数据获取星点质心预测坐标；

第三步、获取星点质心预测坐标与实际提取坐标之差；

第四步、建立卡尔曼滤波状态空间模型和观测模型，实现星敏感器动态误差抑制；

第五步、输出误差修正后的星敏感器姿态和陀螺姿态。

优选的，所述第一步中提取星点质心的方法为质心算法，然后利用星图识别算法识别每一颗星点在星表中对应的星序号。

优选的，所述第二步基于陀螺测量数据获取星点质心预测坐标具体是：

i代表惯性系，简称i系；g代表陀螺坐标系，简称g系；s代表星敏感器坐标系，简称s系；

根据星表提供的恒星在i系下的赤经赤纬信息(α,δ)，得i系下的星点矢量rⁱ为表达式1)：

rⁱ＝[cosδcosα,cosδsinα,sinδ]^T 1)；

利用陀螺提供的惯性姿态信息以及星惯安装矩阵，得到t时刻在s系下的理想星点矢量r^s(t)为表达式2)：

其中：为g系到s系的星惯安装矩阵；是t时刻i系到g系的姿态矩阵；x(t)、y(t)、z(t)为矢量r^s(t)的三个元素；

由于陀螺误差，t时刻i系到g系的实际得到的陀螺姿态采用表达式3)表示：