[发明专利]一种基于像素频率的星敏感器高精度校准方法

摘要

本发明航天测量技术，涉及对星敏感器校准方法的改进。本发明使用由气垫平台、单星星光模拟器、星敏感器、2维轴向转台以及数据处理计算机组成的校准系统，其步骤是：建立点扩散函数模型，建立质心算法公式，建立质心算法像素频率误差模型，数据采集。本发明提出了更为实用的点扩散模型；提高了星敏感器的校准精度；校准模型简单，利于计算。

主权项

1、一种基于像素频率的星敏感器高精度校准方法，使用由气垫平台、单星星光模拟器、星敏感器、2维轴向转台以及数据处理计算机组成的校准系统，其特征在于，1.1、星敏感器质心算法；1.1.1、建立点扩散函数模型，星像在图像传感器靶面上的分布称为点扩散函数，通过计算弥散圆斑的质心来获得亚像素精度的星点位置坐标，点扩散函数模型见式(1)：I(x,y)=I0exp(-(x2+y2))x2+y2≥r2I0x2+y2<r2---(1)]]>式中，I₀为中心信号输出，x，y为像素坐标，r为截断半径，该模型是点扩散函数在某个高度截断后的形状；1.1.2、建立质心算法公式为：xc=∫∫AxI(x,y)dxdy∫∫AI(x,y)dxdy,]]>yc=∫∫AyI(x,y)dxdy∫∫AI(x,y)dxdy---(2)]]>式中，x_c，y_c为星点辐射中心，A表示大于阈值的区域，x，y为靶面像素坐标，I(x，y)为辐射分布函数，经过靶面像素的离散化后，质心计算公式为：x~c=Σk=1nxkIkΣk=1nIk,]]>y~c=Σk=1nykIkΣk=1nIk---(3)]]>式中，为离散化后的星点中心，n为阈值区域内像素个数，k为像素序号，x_k，y_k第k个像素的坐标，I_k为第k个像素内积累的光电子对应亮度输出；1.2、建立质心算法像素频率误差模型；1.2.1、质心算法像素频率误差模型见式(4)：A_x(sin(2πx_p+2πB_x)+A_y(sin(2πy_p+2πB_y)-sin(2πB_x)-sin(2πB_y))    (4)式中，Ax、Ay为能量误差系数，Bx，By为相位误差系数，(xp，yp)为一个像素内的位置坐标；在整个靶面上，Ax，Ay为常数，Bx，By为2阶变化；1.2.2、对上述系数在整个靶面上进行建模为：A_x＝A_y＝TBx=(xN)b1-(xN)2b2---(5)]]>By=(yN)2b1-(yN)2b2]]>式中，T为常数，N为靶面行或者列像素数，(x，y)为靶面像素整数坐标，b1，b2为相位偏差系数；1.2.3、根据公式(4)得到像素频率偏差函数：f(T，Bx，By)＝T(sin(2πx_p+2πB_x)+T(sin(2πy_p+2πB_y)-sin(2πB_x)-sin(2πB_y))    (6)Δd=(∂f∂T∂f∂Bx∂f∂By)ΔTΔBxΔBy---(7)]]>式中，Δd为参数估计误差，ΔT为能量误差，ΔBx、ΔBy分别为x和y方向相位偏差，采用最小二乘迭代估计方法，求得以上3个参数的估计值；然后计算得到各个像素Bx和By的估计值，并计算整个靶面的相位偏差系数b1和b2；根据公式(5)有：ΔBx=[xN,-(xN)2]Δb1Δb2---(8)]]>ΔBy=[yN,-(yN)2]Δb1Δb2]]>然后，联立两方程采用最小二乘法估计出b1和b2；1.3、数据采集；1.3.1、在一个像素内的采集，采集点阵为9×9点阵；根据9×9的点阵数据计算位置偏差，然后来提取该像素的模型参数；1.3.2、选择整个靶面的像素进行9×9采样，所采用的星敏感器靶面为1024×1204像素阵列，x方向采样位置为：1、129、257、385、513、641、769、897、1024，采样间距为128；在y方向采样间距也为128，得到9×9的靶面采集像素位置；将这些位置上的测量值和估计值之间的偏差代入公式(8)中计算得到b1和b2。