多视场星敏感器结构参数标定方法

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1、2015年8月第41卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust2015V01．41No．8http：}}bhxb．buaa．edu．cn、buaa@buaa．edu．CBDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0575多视场星敏感器结构参数标定方法孙利，江洁+，李健，吉飞龙(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)摘要：提出一种基于星问角距不变原理的多视场(FOV)星敏感器结构参数标定方法．这种方法以欧拉角表征多视场星敏感器各个子视场之

2、间的旋转关系，利用识别得到的各个视场星点的坐标信息和赤经赤纬信息，计算出多对星光矢量来建立标定模型和目标函数，然后使用L．M算法优化目标函数并解算出各个子视场之间的结构参数．此方法不需要外部姿态测量仪器辅助，可用于在轨和地面标定．在全天球随机抽取多个姿态生成多视场的仿真星图用于标定，并采用星内角统计偏差作为结构参数标定精度的评价指标．这种方法能够准确求解多视场星敏感器的结构参数．星内角统计偏差的平均值在星点位置噪声标准差为0．1像素的仿真试验中为1．3”，在外场观星的实际试验中为6．4”．关键词：星间角距；结构参数；标定；星内角统计偏差；姿态测量中图分类号：V448．22文献标识码：

3、A文章编号：1001．5965(2015)08．1532-07星敏感器通过测量恒星在星敏感器坐标系下的单位矢量，然后进行识别，寻找观测星在导航星库中的对应匹配，最后根据观测矢量与匹配星对的方向矢量计算姿态．星敏感器具有精度高、无漂移等优点，被广泛应用在各类航天器中⋯．单一星敏感器还存在一些不足之处．一是姿态角不能等精度输出．星敏感器受自身结构的限制，其输出的滚动轴精度一般比其他两个轴向的精度低约一个数量级旧1．二是星敏感器精度与视场(FieldofView，FOV)角之间的矛盾．小视场光学系统可得到较高的测量精度，但为了保证视场内星点数目和足够的天空覆盖率，要加大视场口径或降低星等探

4、测门限，如此一来星表包含导航星数目急剧增加，计算也变得复杂；大视场星敏感器具有较高的天空覆盖率，但视场畸变较大，角分辨率下降，导致精度可能变差旧。1．基于多个视场的星敏感器设计理念较好地改善了传统星敏感器的性能．与单视场星敏感器对比，多视场星敏感器提高了姿态测量的精度和可靠性，同时兼顾了质量、体积和功耗等方面的要求．国外已经研制出一些多视场星敏感器，如美国德州农工大学参与研制的StarNavlI和StarNavIll[4-8]，法国EADSSodern公司研制的HYDRA星敏感器"‘1“，以及美国SpaceMicro公司研制的SM．MDEl3001星敏感器¨引等．国内的多视场星敏感器

5、研究也已经展开‘13’151．在多视场星敏感器研究设计中，结构参数标定是非常关键且必不可少的一环．目前星敏感器标定的研究主要是针对单视场星敏感器光学系统参数的标定，在轨标定可以大致分为利用外部姿态信息标定的方法¨“”。和不利用外部姿态标定的方法¨8。2叫两类，地面标定主要使用实验室标收稿日期：2014-09-18；录用日期：2014．10-17；网络出版时间：2014．12-0210：30网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／lO．13700／j．bh．1001-5965．2014．0575．html基金项目：国家自然科学基金(61222304)；高等学校博士学科

6、点专项科研基金(20121102110032)作者简介：孙利(1991一)，女，甘肃庄浪人，硕士研究生～sunli1991@163．comt通讯作者：江洁(1973一)，女，福建古田人，教授，jiangjie@buaa．edu．cn，研究方向为光电测量与光电导航；f用格式：孙利，江洁，李健，等．多视场星敏感器结构参数标定方法ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，41f8)：1532．1538．SunL，JiangJ，LiJ．eta1．Structuralparametercalibrationmethodformultiplefieldofviewstartracker￡31．Jou

7、rnalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(8)：1532—1538(inChinese)．第8期孙利。等：多视场星敏感器结构参数标定方法1533定旧¨和天顶观测法旧“，针对多视场星敏感器结构参数标定的研究非常少．本文提出多个视场结构参数标定方法可以有效解决多视场星敏感器结构参数在轨标定和地面标定的问题．本文提出的多视场星敏感器结构参数标定方法是在假定星敏感器光学参数已经完全标定的