CN104296777B

CN104296777B - 静态星模拟器的星点修正方法

Info

Publication number: CN104296777B
Application number: CN201410457419.XA
Authority: CN
Inventors: 孙高飞; 刘石; 张国玉
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: CN104296777A

Abstract

本发明公布了一种静态星模拟器的星点修正方法，利用经纬仪测量各星点的方位角和俯仰角，建立测量模型，由测量值精确计算静态星模拟器光学系统的主距。通过已知各星点的角度信息，经过修正模型计算，得到满足模拟精度要求的各星点的直角坐标位置。本发明提供的静态星模拟器的星点测量模型和修正模型，提高了星点刻划位置的准确度，进而提高了星图模拟精度。

Description

静态星模拟器的星点修正方法

技术领域

本发明涉及航天器地面标定技术，其特征是可以有效提高静态星模拟器的星图模拟精度。

背景技术

星模拟器是航天技术领域中星敏感器的地面标定装置。星模拟器按星图显示方式不同，分为动态星模拟器和静态星模拟器。按模拟精度分为甚高精度星模拟器、高精度星模拟器和中等精度星模拟器。

通常，静态星模拟器的星图模拟精度高于动态星模拟器，原因在于静态星图显示器件采用在分划板上刻划星点的方式，不像动态星模拟器受到显示器件像素尺寸的限制。只要能够精确计算星点在分划板上的位置，就可以通过现有的激光直写技术进行刻划，从而实现静态星模拟器的高精度星图模拟。

现有技术的静态星模拟器星图显示方法，由于光学系统像差的存在，往往导致星图模拟精度不高，仅能满足中高精度星敏感器的地面标定使用。为了提高星图显示精度，通常要采取多次重复刻板的方式，不但导致静态星模拟器研制周期长，并且提高了研制成本。

发明内容

为了克服现有静态星模拟器星图模拟精度不高，且通常需要采取多次重复刻板的方式，从而导致的研制周期长，研制成本高等问题。本发明提供一种静态星模拟器星图修正方法，不需要重复刻板，仅通过修正公式推导计算，得到各星点的直角坐标位置，以提高静态星模拟器的星图模拟精度。

本发明提供的静态星模拟器星图修正方法，包括以下五个步骤：第一步骤，根据星点的理论直角坐标位置计算理论方位角和理论俯仰角；第二步骤，根据各星点理论方位角和理论俯仰角计算理论星间角距值；第三步骤，实测星点方位角和俯仰角计算实测星间角距值和主距值；第四步骤，根据主距值计算星点的新直角坐标位置；第五步骤，根据星点的新直角坐标位置复算新星间角距值，并与理论星间角距值进行精度比对，若满足精度要求，则进行修正过程结束；若不满足精度要求，则重复第三步骤。

所述第一步骤中，所述星点的理论直角坐标位置为(X_理论,Y_理论),所述理论方位角和理论俯仰角为(α_理论，β_理论)，所述根据星点的理论直角坐标位置计算理论方位角的公式为α_理论＝arctan(X_理论/f’)，所述根据星点的理论直角坐标位置计算理论俯仰角的公式为β_理论＝arctan(Y_理论/f’)，所述f’为静态星模拟器光学系统焦距。

所述第二步骤中，所述星间角距的理论值为γ_理论；所述根据各星点理论方位角和理论俯仰角计算理论星间角距值的公式为γ_理论＝arccos[cosβ₀cosβ_理论cos(α₀-α_理论)+sinβ₀sinβ_理论],所述(α₀，β₀)为中心星点的方位角和俯仰角。

所述第三步骤中，所述星点的实测方位角和俯仰角为(α_实测，β_实测)，所述实测星间角距值为γ_实测，所述主距为f‘_主距；所述实测星点方位角和俯仰角计算实测星间角距值的公式为γ_实测＝arccos[cosβ₀cosβ_实测cos(α₀-α_实测)+sinβ₀sinβ_实测],所述实测星点方位角和俯仰角计算主距的公式为f’_主距＝(X² _理论+Y² _理论)^0.5/tanγ_实测。

所述第四步骤中，所述星点的新直角坐标位置为(X_新,Y_新)；根据主距值计算星点的新直角坐标位置公式为X_新＝f’_主距(X² _理论+Y² _理论)^0.5cosφ/f’，Y_新＝f’_主距(X² _理论+Y² _理论)^0.5sinφ/f’，所述φ为根据国家天文台测试的恒星位置信息得到的恒星方向角。

所述第五步骤中，所述新星间角距值为γ_新。根据星点的新直角坐标位置复算新星间角距值公式为：γ_新＝[X² _i+Y² _i+f’² _主距+X² ₀+Y² ₀+f’² _主距-(X₀-X_i)²-(Y₀-Y_i)²]/2[(X² _i+Y² _i+f’² _主距)^0.5(X² ₀+Y² ₀+f’² _主距)^0.5]，所述中心星点的直角坐标位置为(X₀,Y₀)，所述其他任一星点的直角坐标位置为(X_i,Y_i)。

由上述技术方案可知，本发明提供的静态星模拟器星图修正方法，通过五个步骤实现了静态星模拟器的星点位置修正，提高了星图模拟精度。该静态星模拟器星图修正方法，可以有效避免多次刻板，有效缩短研制周期，降低研制成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种模拟12颗星的星图；

图2为本发明实施例提供的一种模拟15颗星的星图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种模拟12颗星点组成的星图，如图1所示，表1为已知各星点的理论直角坐标位置(X_理论,Y_理论)。

表1星点的理论直角坐标位置表

第一步骤，根据星点的理论直角坐标位置(X_理论,Y_理论)计算理论方位角和理论俯仰角(α_理论，β_理论)，如表2所示；所述理论方位角α_理论＝arctan(X_理论/f’)；所述理论俯仰角β_理论＝arctan(Y_理论/f’)；所述f’＝76.99mm。

表2星点的理论方位角和理论俯仰角表

星点序号	α_理论	β_理论
			1	6.08	5.07
2	4.63	4.44
			3	2.87	8.54
4	3.07	1.55
			5	1.23	-1.54
6	0.55	2.15
			7	0.00	4.02
8	0.00	0.00
			9	-2.98	3.32
10	0.88	-4.76
			11	-0.12	-6.24
12	-4.03	-6.96

第二步骤，根据各星点理论方位角和理论俯仰角(α_理论，β_理论)计算理论星间角距值γ_理论，如表3所示；所述γ_理论＝arccos[cosβ₀cosβ_理论cos(α₀-α_理论)+sinβ₀sinβ_理论],所述(α₀，β₀)为中心星点的方位角和俯仰角。

表3理论星间角距值表

第三步骤，利用莱卡TM5100A型经纬仪实测星点方位角和俯仰角(α_实测，β_实测)，计算实测星间角距值γ_实测，求取主距值f'_主距；所述γ_实测＝arccos[cosβ₀cosβ_实测cos(α₀-α_实测)+sinβ₀sinβ_实测]；所述(α₀，β₀)为中心星点的方位角和俯仰角；所述主距值f’_主距＝(X² _理论+Y² _理论)^0.5/tanγ_实测；优选地，为了求取主距值f‘_主距，应选取中心点附近的星点测试其方位角和俯仰角(α_实测，β_实测)。

所述莱卡TM5100A型经纬仪属高精度角度测量工具，角测量精度优于0.5″。测试星点时，将星点中心与经纬仪目镜的十字线中心对准，读取当前经纬仪显示的方位角度值α_实测和俯仰角度值β_实测，将其作为实测数据，计算得到主距值f’_主距＝76.61mm。

第四步骤，根据主距值f‘_主距＝76.61mm计算星点的新直角坐标位置(X_新,Y_新)；所述新直角坐标位置X_新＝f’_主距(X² _理论+Y² _理论)^0.5cos(arctanY_理论/X_理论)φ/f’；所述新直角坐标位置，Y_新＝f’_主距(X² _理论+Y² _理论)^0.5sin(arctanY_理论/X_理论)/f’。

表4星点的新直角坐标位置表

第五步骤，根据星点的新直角坐标位置复算新星间角距值，并与理论星间角距值进行精度比对，若满足精度要求，则进行下一步骤修正，若不满足精度要求，则重复第三步骤。

实施例二

图2为本发明实施例提供的再一种模拟15颗星的星图，如图2所示，表5为已知各星点的理论方位角和理论俯仰角(α_理论，β_理论)，表6为已知各星对的理论星间角距值。

表5星点位置坐标表

表6理论星间角距值表

第一步骤，根据静态星模拟器光学系统焦距f’＝76.99mm，计算星点的理论直角坐标位置，如表7所示。

表7星点的理论直角坐标位置表

星点序号	X_理论	Y_理论
			1	4.15	10.05
2	2.23	9.58
			3	-0.70	7.21
4	7.96	5.16
			5	1.46	1.15
6	4.90	0.90
			7	0.00	0.00
8	-1.57	-0.93
			9	3.87	-1.77
10	9.34	-5.67
			11	0.00	-6.35
12	5.93	-7.89
			13	3.74	-9.09
14	6.88	-9.79
			15	-4.34	-11.31

第二步骤，根据表7数据利用激光直写技术，刻划星点板。配合静态星模拟器光学系统使用，利用莱卡TM5100A型经纬仪，测试所刻划星点的星间角距值，如表8所示。

表8实测各星点的星间角距

将表8中数据与表6中数据进行比较，发现星间角距的误差值均在30″左右。为了提高星间角距的模拟精度，根据各点的实测星间角距值，重新计算各个星点的主距值f’_主距＝(X² _理论+Y² _理论)^0.5/tanγ_实测，并据此计算各个星点位置如表9所示。由此得到的星点直角坐标位置，不但校正了光学系统中各种像差对星点位置模拟精度的影响，而且克服了机械配合的误差。

表9根据f‘_主距计算得到的星点直角坐标位置表

将表9中数据与表6中数据进行比较，发现星间角距的误差值均优于5″。由此可见，本修正方法可以有效的提高星间角距的模拟精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种静态星模拟器星图修正方法，其特征在于，包括以下五个步骤：第一步骤，根据星点的理论直角坐标位置计算理论方位角和理论俯仰角；第二步骤，根据各星点理论方位角和理论俯仰角计算理论星间角距值；第三步骤，实测星点方位角和俯仰角计算实测星间角距值和主距值；第四步骤，根据主距值计算星点的新直角坐标位置；第五步骤，根据星点的新直角坐标位置复算新星间角距值，并与理论星间角距值进行精度比对，若满足精度要求，则进行修正过程结束；若不满足精度要求，则重复第三步骤。

2.根据权利要求1所述的静态星模拟器星图修正方法，其特征在于：

所述第一步骤中，所述星点的理论直角坐标位置为（X_理论,Y_理论）,所述理论方位角和理论俯仰角为（α_理论，β_理论），所述根据星点的理论直角坐标位置计算理论方位角的公式为α_理论=arctan（X_理论/f ’），所述根据星点的理论直角坐标位置计算理论俯仰角的公式为β_理论=arctan（Y_理论/f ’），所述f ’为静态星模拟器光学系统焦距。

3.根据权利要求2所述的静态星模拟器星图修正方法，其特征在于：

所述第二步骤中，所述星间角距的理论值为γ_理论；所述根据各星点理论方位角和理论俯仰角计算理论星间角距值的公式为γ_理论=arccos[cosβ₀cosβ_理论cos(α₀-α_理论)+sinβ₀sinβ_理论],所述（α₀，β₀）为中心星点的方位角和俯仰角。

4.根据权利要求3所述的静态星模拟器星图修正方法，其特征在于：

所述第三步骤中，所述星点的实测方位角和俯仰角为（α_实测，β_实测），所述实测星间角距值为γ_实测，所述主距为f’ _主距；所述实测星点方位角和俯仰角计算实测星间角距值的公式为γ_实测=arccos[cosβ₀cosβ_实测cos(α₀-α_实测)+sinβ₀sinβ_实测],所述实测星点方位角和俯仰角计算主距的公式为f’ _主距=_（X² _理论+Y² _理论） ^0.5/tanγ_实测。

5.根据权利要求4所述的静态星模拟器星图修正方法，其特征在于：

所述第四步骤中，所述星点的新直角坐标位置为（X_新,Y_新）；根据主距值计算星点的新直角坐标位置公式为X_新=f’ _主距（X² _理论+Y² _理论） ^0.5cosφ/ f’，Y_新=f’ _主距（X² _理论+Y² _理论） ^0.5sinφ/ f’，所述φ为根据国家天文台测试的恒星位置信息得到的恒星方向角。

6.根据权利要求5所述的静态星模拟器星图修正方法，其特征在于：

所述第五步骤中，所述新星间角距值为γ_新，根据星点的新直角坐标位置复算新星间角距值公式为：γ_新=[X² _i+Y² _i+f’ ² _主距+ X² ₀+Y² ₀+ f’ ² _主距-（X₀- X_i）²-（Y₀-Y_i）²]/2[（X² _i+Y² _i+f’ ² _主距）^0.5（X² ₀+Y² ₀+ f’ ² _主距）^0.5]，所述中心星点的直角坐标位置为（X₀,Y₀），其他任一星点的直角坐标位置为（X_i,Y_i）。