一種高動態下恆星星像恢復方法

2023-06-22 09:20:51 1

專利名稱：一種高動態下恆星星像恢復方法
技術領域：
本發明涉及一種高動態下恆星星像恢復方法。
背景技術：
星敏感器是以已知準確空間位置、不可毀滅的恆星為基準，並通過光電方式被動探測天體位置，經解算確定測量點所在平臺的經度、緯度、航向和姿態等信息。星敏感器是通過測量恆星的方位來計算飛行器姿態的姿態敏感器件。星敏感器在眾多姿態敏感器中具有精度高、重量輕、功耗低、無漂移和工作方式多樣等優點。早期的星敏感器使用的探測器靈敏度差，噪聲大、視場小。為保證恆星星像能量足夠不得不設置較長的積分時間，小視場也導致星表大，算法複雜，數據處理過於耗時，這些因素都造成廣品的動態性能不聞。目前國外研製的CXD星敏感器已經過了大量飛行使用和在軌驗證，動態性能也發展了到了一個較高的階段，一般都低於2° /s，更新率5-lOHz。如我國衛星使用較多的德國Jena-Optronik公司的ASTR0-10,該產品可在2° /s的情況下星跟蹤,而且精度不高。APS星敏感器雖然在光學系統設計、動態性算法研究等方面取得了很大進步，但是由於APS探測靈敏度不高，噪聲較大，採用APS探測器研製的星敏感器動態性能不高。近兩年，國外出現了一種採用多頭設計的方案，進一步擴大星敏感器的視場，讓視場中有更多的亮星，從而整體提高星敏感器的探測能力，降低了對單個探測器極限探測能力的要求，同時可以進一步縮小星表，提高星圖識別速度，大大提高了星敏感器的動態性能。如法國SODERN公司研製的HYDRA，採用三探頭的APS探測方案，擴大了組合視場，增加了可用星數，通過優良的軟體設計和信息融合，使得APS星敏感器也獲得了高動態性能。星敏感器恆星星等探測能力指星敏感器光電探測系統敏感星光信號的能力，包括極限星等探測能力和視場中能夠探測到的平均星數，這是星敏感器工作的前提。星敏感器的各項光電參數都是在恆星星等探測能力分析的基礎上進行設計的。在高動態條件下，恆星星像出現「像素拖移」，能量分散，若恆星星等探測能力達不到要求，就會導致視場內可用恆星數量不夠。恆星星等探測能力的分析涉及光電探測系統的各個傳感環節，光電探測系統由光學鏡頭、探測器、探測驅動以及處理電路組成。恆星星光經鏡頭匯集在探測器像元上，考慮所有影響恆星成像的因素，探測器的探測能力取決於單個像元能量響應函數，從響應函數可知，積分時間長，光斑能量集中，鏡頭的光透過率高，探測器量子效率高，光學通光孔徑面積大，則系統的星等探測能力強。探測器的量子效率反映了探測器的光靈敏度。實際上，探測器的性能參數和光學系統參數是相互關聯的，不能獨立的去設計。由於在高動態條件下，恆星能量分散，為了進一步提高星敏感器的探測靈敏度，大部分提高光學孔徑角度來增加通過鏡頭的恆星能量，但是鏡頭的孔徑不能隨意增大，與焦距有關，同時隨著透鏡孔徑的增大，星敏感器的質量也增加，鏡頭的畸變也增大，因此，為了提高高動態條件下星敏感器的探測能力，不得不增加星敏感器的積分時間，但是隨著積分時間的增加，恆星星像能量越分散，「像素拖移」程度越大，導致恆星星像不服從高斯分布，此時不能直接採用重心法來提取恆星星像坐標，否則提取的恆星星像坐標不正確。

發明內容
基於以上不足之處，本發明提出一種高動態下恆星星像恢復方法如下:1:利用當前幀T1的姿態四元素q和上幀T2的姿態四元素V，計算當前幀星敏感器的光軸指向G和上幀星敏感器的光軸指向( ；2:利用方向矢量6和(52，計算星敏感器前幀T1和上幀T2光軸指向之間的夾角
權利要求
1.一種高動態下恆星星像恢復方法，其特徵在於，方法如下: (1):利用當前幀T1的姿態四元素q和上幀T2的姿態四元素q'，計算當前幀星敏感器的光軸指向G和上幀星敏感器的光軸指向( ； (2):利用方向矢量<5,和(52，計算星敏感器前幀T1和上幀T2光軸指向之間的夾角
全文摘要
本發明涉及一種高動態下恆星星像恢復方法，如下首先根據前兩幀的姿態信息預測當前幀的姿態，預測當前幀的姿態和恆星天球下的赤經和赤緯計算恆星當前幀的星像中心；其次根據當前幀的姿態和前一幀的姿態分別計算的光軸指向，並計算出這兩個光軸指向的夾角，利用公式(FOV是星敏感器視場，PIX是星敏感器圖像傳感器面陣大小，η是光軸指向之間的夾角)計算恆星星像分布半徑R，以計算恆星星像中心，在恆星星像分布半徑範圍內，把恆星星像「平移」成「連續」的分布，恆星星像「平移」後，恆星星像的服從二維高斯分布，可以採用二維高斯函數來表示；最後採用重心法來提取恆星星像坐標。本發明提高了星敏感器的靈敏度，同時提高了恆星星像坐標的精度。
文檔編號G01C21/02GK103175526SQ20131005307
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者王常虹, 李葆華 申請人:哈爾濱工業大學