[发明专利]一种基于外场的星敏感器内部参数标定及精度快速验证系统

说明书

本发明一种基于外场的星敏感器内部参数标定及精度快速验证系统，包括星敏感器、时统设备、数据采集分析系统和水平转位锁紧试验装置，通过建立星敏感器内部参数标定及精度快速验证系统的闭环信息链，通过时统设备获取高精度时间信息和当前观星点位置信息，在外场真实星空下，把地球用作匀速转动的转台，能够在简单的试验条件下，采用四位置法快速地完成星敏感器内部参数的标定及星敏感器的光轴指向精度验证工作。

技术领域

本发明属于空间科学技术领域，具体涉及一种基于外场的星敏感器内部参数标定及精度快速验证系统。

背景技术

星敏感器是一种以赤道惯性系为参考系、以恒星为导航信息源的高精度空间姿态测量装置，通过拍摄天球上不同位置恒星的图像，经过信号处理电路提取出星点的位置信息，采用星图识别算法在导航星库中寻找观测星，利用观测星的方向矢量来确定空间飞行器的姿态信息。

在目前众多的姿态敏感器中，星敏感器的性能最为突出，具有功耗低、重量轻、自主性强、动态性能好、精度高等优点，已广泛应用于卫星、火箭等空间技术领域，其中，星敏感器的内部参数标定及精度验证技术是保证星敏感器姿态测量精度的一项关键技术，具有重要的研究价值。

目前，星敏感器的内部参数标定及精度验证方案主要分为地面实验室标定测试、外场观星标定测试和在轨标定测试等三类，其中，地面实验室标定测试需要在光学暗室使用单星模拟器、平行光管和高精度转台进行标定，在外场完成精度验证工作，该方法测试流程复杂、试验设备昂贵；在轨标定测试是通过拍摄星图下传到地面，由地面工作人员完成标定工作，并将标定参数上传至星敏感器中，该方法因拍摄星图时星敏感器的在轨状态不完全受控，会引入不确定因素的误差，且人力、物力成本很高；而外场观星标定测试是利用地球作为转台，采用多项式曲面方程拟合的方法进行标定，会存在计时误差、视场恒星分布不均匀等因素影响，导致星敏感器的测角精度较低。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于外场的星敏感器内部参数标定及精度快速验证系统，能够在简单的试验条件下，采用四位置法快速地完成星敏感器内部参数的标定及星敏感器的光轴指向精度验证工作。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种基于外场的星敏感器内部参数标定及精度快速验证系统，包括星敏感器、时统设备、数据采集分析系统和水平转位锁紧试验装置，通过建立星敏感器内部参数标定及精度快速验证系统的闭环信息链，通过时统设备获取高精度时间信息和当前观星点位置信息，在外场真实星空下，把地球用作匀速转动的转台，采用四位置法对星敏感器的内部参数进行标定，并快速验证星敏感器的光轴指向精度；

其中：星敏感器，实时采集当前时刻的星图，接收时统设备的UTC时间信息和当前观星点位置信息，接收数据采集分析系统计算出来的内部参数信息；

时统设备，实时采集UTC时间信息和当前观星点位置信息；

数据采集分析系统，接收来自星敏感器的星图信息，计算星敏感器的内部参数信息，分析星敏感器的光轴指向精度；

水平转位锁紧试验装置，用于动态调节星敏感器的光轴指向，确保星敏感器的光轴指向垂直指向天顶位置；

闭环信息链包括星敏感器与时统设备的通信链、星敏感器与数据采集分析系统的通信链、数据采集分析系统的天文观测在线管理系统数据链、数据采集分析系统与水平转位锁紧试验装置之间的光轴指向反馈信息链。

所述时统设备选用具有接收北斗和GPS卫星信号完成UTC时间授时和定位(包括经度、纬度)的功能。

所述水平转位锁紧试验装置具有调平和锁紧功能，其中调平功能实现星敏感器的光轴指向垂直指向天顶位置，从而将大气折射效应对星敏感器成像的影响降到最低；锁紧功能确保星敏感器在观星时刻能够保持稳定的位置指向。