基于卡尔曼滤波的星敏感器在轨校准方法

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1、第31卷2010年第6期6月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASlNICAVoL31No．6June2010文章编号：1000—6893(2010)06—1220—05基于卡尔曼滤波的星敏感器在轨校准方法申娟，张广军，魏新国(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)On-orbitCalibrationofStarSensorBasedonKalmanFilterShenJuan，ZhangGuangjan，WeiXinguo(schoolofInstrumentScienceandOptcrelectronicsEngineer

2、ing，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beringi0019I，China)摘要：根据星敏感器光学镜头以径向畸变为主的特点．采用一阶径向畸变模型．利用摄像机标定中的径向排列约束(RAC)，对其外部姿态和内参数进行在轨校准。以采集到的星点的图像坐标和对应导航星在天球坐标系下的赤经，赤纬信息作为滤波器的输入，外部姿态和内参数作为输出，构造相应的状态方程和观测方程，进行两次卡尔曼滤波迭代，结果作为校准参数的最优估计。仿真实验表明：本方法能消除内部参数与外部参数的耦合，校准过程不依赖外部姿态，且状态方程和观测方程均为线性方程，

3、满足卡尔曼滤波迭代的最优条件，能够精确估计出星敏感器内外参数，在星点成像位置噪声标准差为0．05像素时，校准后z、Y方向上的平均误差分别为0．044像素和0．049像素。关键词：星敏感器；卡尔曼滤波；在轨校准；径向畸变模型；径向排列约束中图分类号：V448．22文献标识码：AAbstract：Anon-orbitcalibrationmethodofstarsensorbasedonKalmanfilterisproposedinthisarticle．Con—sideringthedistortionfeatureofmostopticalcameralens，internal

4、andexternalparametersofstarsensorarecalibratedseparatelyusingKalmanfilterwithfirst—orderradialdistortion．Takingtheimagecoordinatesandthecorrespondingcelestialcoordinatesofobservedstarpointsasthefilterinputsandtakingtheestimatedvalueoftheinternalandexternalstarsensorcameraparametersasthefilter

5、outputs，theoptimizedvalueofthein-ternalandexternalparametersareobtainedwithKalmanfilteralgorithm，whilestateequationandobservationequationforKalmanfilterareestablishedbasedonradialalignmentconstraint(RAC)whichiswidelyusedincameracalibrationofcomputervision．Thesimulationresultsindicatethatthism

6、ethodwhichisindependentorlexternalattitudescaneliminatethecouplingbetweenexternalparametersandinternalparameterseffectively，anditalsosatisfiestheoptimalqualificationdemandedbyKalmanfilterthatbothstateequationandobserva-tionequationarelinear．WhenthestandarddeviationofstarpositionalnoiseissettO

7、0．05pixels，theinternalandexternalparametersarecorrectlyobtainedandtheresidualerrorscanreach0．044pixelonaveragein工di-rectionand0．049pixelinYdirectionrespectively．Keywords：starsensor；Kalmanfilters；on-orbitcalibration；radialdistortionmodel；radia