[发明专利]一种星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计方法

摘要

本发明公开了一种星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计方法，本发明方法首先构建星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计系统，所构建的系统包括：成像星点光斑参数获取模块、方向矢量校正模块、目标函数确定模块和误差判定模块，成像星点光斑参数获取模块获取成像星点光斑在图像平面的坐标和转台坐标系下的方向矢量，方向矢量校正模块对转台坐标系下的方向矢量进行校正，目标函数确定模块确定目标函数，优化星敏感器与基础坐标系的安装误差角，误差判定模块对星点光斑的重投影误差进行判定。本发明方法可以有效估计星敏感器与基础坐标系的安装误差，具有很高的使用价值。

主权项

1.一种星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计方法，其特征在于具体步骤为：第一步 构建星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计系统星敏感器与基础坐标系的安装误差角估计系统，包括：成像星点光斑参数获取模块、方向矢量校正模块、目标函数确定模块和误差判定模块；所述：成像星点光斑参数获取模块的功能为：获取成像星点光斑在图像平面的坐标和转台坐标系下的方向矢量；方向矢量校正模块的功能为：对转台坐标系下的方向矢量进行校正；目标函数确定模块的功能为：确定目标函数，优化星敏感器与基础坐标系的安装误差角；误差判定模块的功能为：对星点光斑的重投影误差进行判定；第二步 成像星点光斑参数获取模块获取成像星点光斑在图像平面的坐标和转台坐标系下的方向矢量平行光管产生的平行光经星敏感器成像，在星敏感器成像平面中形成星点光斑，成像星点光斑参数获取模块通过调节俯仰滚转台改变星敏感器坐标系的姿态，进而改变平行光经星敏感器成像产生的星点光斑在星敏感器坐标系的质心坐标；成像星点光斑参数获取模块采集平行光管在星敏感器的成像星点光斑，记录星点光斑在星敏感器坐标系下的质心坐标(us,vs)和星点光斑在转动后的转台坐标系下的方向矢量r＝(xs,ys,zs)T，设θ,ψ,φ分别表示星敏感器与基础坐标系y轴、z轴、x轴的安装误差角，设(θ,ψ,φ)的估计初值为(0,0,0)；第三步 方向矢量校正模块对转台坐标系下的方向矢量进行校正星敏感器与基础坐标系的安装误差角较小，结合小角度近似，方向矢量校正模块获取星敏感器与基础坐标系的安装误差矩阵M：设星点光斑通过安装误差矩阵得到星点光斑在转台坐标系下的校正后的方向矢量为rR＝(xR,yR,zR)T，则有：rR＝Mr   (2)将公式(2)展开：第四步 目标函数确定模块确定目标函数，优化星敏感器与基础坐标系的安装误差角结合理想的小孔成像原理，目标函数确定模块估算星点光斑在星敏感器坐标系下的质心坐标(ud,vd)：式中，(u0,v0)表示星敏感器的主点位置，f表示星敏感器的焦距，得到(ud,vd)与安装误差角(θ,ψ,φ)的关系为：给定N个星点光斑，1≤i≤N，目标函数确定模块构建目标函数：式中，(uis,vis)表示第i个星点光斑在星敏感器坐标系的质心坐标，(uid,vid)表示第i个星点光斑在转台坐标系下的方向矢量经过公式(5)估算得到的质心坐标，目标函数确定模块对目标函数进行优化，获得星敏感器与基础坐标系的安装误差角的估计值；第五步 误差判定模块对星点光斑的重投影误差进行判定误差判定模块利用估算得到的安装误差角估计值根据小孔成像原理，得到平行光在星敏感器测量坐标下的星点光斑重投影质心坐标为：式中，为平行光在星敏感器测量坐标下的星点光斑重投影质心坐标，误差判定模块获取所有星点光斑的重投影误差ε_p为：式中，i表示第i个星点光斑，N表示星点光斑的总个数，(u_is,v_is)和分别表示第i个星点光斑在星敏感器测量坐标下的质心坐标和重投影质心坐标；当重投影误差εp小于容许误差ξp时，则判定结束，得到最终的安装误差角估计值；否则重复进行转台坐标系下的方向矢量校正、确定目标函数及误差判定，直到重投影误差小于容许误差为止；至此，完成了星敏感器与基础坐标系的安装误差角的估计。