[发明专利]一种基于三轴转台的多视场星敏感器的标定方法

说明书

本发明涉及一种基于三轴转台的多视场星敏感器的标定系统及方法，所述的标定系统包括多视场星敏感器、三轴转台、单星模拟器和数据采集设备；所述的标定方法包括以下步骤：步骤一，数据采集；步骤二，针孔模型标定；步骤三、完整模型标定；步骤四、结构参数求解；步骤五、标定结果评价。本标定方法使用三轴转台的滚转轴发生角度来切换数据采集视场，使用其它两轴为各个视场生成标定轨迹。数据采集一次性完成，因此各视场标定模型中的外参数模型保持不变，从而使得视场间的结构参数得以不受安装误差的影响而解出。同时，依据外参数不变，各视场的标定可联合优化，减少了参数耦合对参数估计精度带来的影响。

技术领域

本发明属于天文导航领域，具体涉及一种基于三轴转台的多视场星敏感器的标定方法。

背景技术

测量精度是星敏感器技术的重点发展方向。受角分辨率影响，单视场星敏感器绕光轴的欧拉角误差一般是其它两个轴向欧拉角误差的6～16倍。相比传统星敏感器，多视场星敏感器通过将不同视场的测量信息进行融合，能够实现三轴等精度测量输出；在某个视场受环境干扰无法正常获取姿态的情况下，其余视场的观测信息仍能保证姿态的可靠输出；多视场星敏感器观测的天区范围一般较大，因此动态性能有所提升。

各个视场测得的星光矢量或是姿态信息需要依据结构参数信息转换至统一的参考系下。由于结构装调存在误差，多视场星敏感器的结构参数与设计值之间存在误差。如何通过实验方法得到结构参数的准确值是多视场星敏感器实现高精度姿态的关键问题。关于多视场星敏感器的实验室标定方法，尚未有公开专利。

根据相关检索，目前多视场星敏感器的标定方法多分为两个步骤进行：首先在实验室条件下，利用转台和单星模拟器多次应用单视场星敏感器标定方法求解出各个视场的测量模型参数。而后在外场条件下，各个视场分别对不同天区进行观测。利用各个视场独立测得的姿态数据或是不同视场星点间的角距数据对于结构参数进行求解。这种方法需要进行多次数据采集，工作量大。此外，由于大气层的蒙气差效应以及湍流现象，星光矢量将发生偏折。恒星自行运动的不确定性也使得参考矢量存在误差。外场试验得到的结构参数精度往往不能够满足多视场星敏感器整机的精度要求。

发明内容

本发明的目的在于：克服多视场星敏感器“测量模型参数实验室标定+结构参数外场标定”存在的工作量大、结构参数估计精度低的问题，提出一种基于三轴转台的多视场星敏感器标定方法。该方法根据星敏感器视轴分布的对称性，利用冗余转轴切换视场轮换进行标定，对测量模型参数和结构参数进行统一估计。

本发明的技术方案如下：

一种基于三轴转台的多视场星敏感器的标定系统，包括多视场星敏感器、三轴转台、单星模拟器和数据采集设备；

所述的多视场星敏感器安装在三轴转台上；三轴转台的内框生成不同的角度将各个视场轮流转至单星模拟器照射范围内；在各个视场数据采集过程中，内框发生角度保持不变，外框和中框改变发生角度使得星点在多视场星敏感器各视场不同位置处成像；所述的数据采集设备与多视场星敏感器相连，用于采集多视场星敏感器在各轨迹点处星点的质心位置并记录对应的转台转角。

一种基于三轴转台的多视场星敏感器的标定方法，使用本发明所述的系统，包括以下步骤：

步骤一，数据采集；

步骤二，针孔模型标定；

步骤三、完整模型标定；

步骤四、结构参数求解；

步骤五、标定结果评价。