CN106767901B - 一种星敏感器快速标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星敏感器快速标定方法，包含：S1，根据星点图像的灰度信息和像元素，调整平行光管的光源，使得星敏感器能够采集星点质心数据；S2，转台运动同时带动星敏感器按照预设的第一轨迹进行标定；S3，采集转台的位置信息，判断所述的转台是否稳定，若是则执行步骤S4；S4，采集星点质心数据，删除其中星点质心数据的跳大点，并对删除跳大点后的星点质心数据进行标定参数计算。本发明能够提高星敏感器标定实验的效率。

Description

一种星敏感器快速标定方法

技术领域

本发明特别涉及一种星敏感器快速标定方法。

背景技术

星敏感器是卫星平台用于姿态控制的关键部件，具有姿态测量精度高，无漂移，测量姿态连续等优点。星敏感器的工作原理是：以恒星稳定的光信号作为输入，可以得到恒星在星敏感器本体坐标系内的精确位置，再由其内部星表存储的恒星基于地心惯性坐标系的位置信息，可以得到星敏感器本体相对于地心惯性坐标系的三轴姿态信息，从而得到卫星本体相对于地心惯性系的三轴姿态信息。

在星敏感器投入使用前，需要对星敏感器的焦距、主点坐标以及镜头畸变等参数进行标定。使用标定得到的参数，对星敏感器进行参数补偿，可以有效地减小低频误差，提高星敏感器的精度。

现阶段主要标定方法是在地面实验室利用单星模拟器配合二维转台进行数据采集和标定。星敏感器标定测试系统的主要设备包括：平行光管1、高精度转台2和数据处理计算机3，其示意图如图1。平行光管和二维高精度轴向转台安装在大理石光学平台上，以减少外部振动对测量过程的影响。转台结构分内框和外框，星敏感器安装在转台的内框上，内框轴随着外框的转动而转动。星敏感器通过通讯接口将处理结果和图像传输到数据处理计算机上，该计算机负责完成数据处理。

现有的星敏感器标定方法在标定效率上存在的问题是：

a）在调整光源时，依据星点图像的形状和亮暗来判定。不定量且效率低。

b）设定的运动轨迹为蛇形，且没有预标定轨迹。不仅轨迹总路径长，而且在标定结果不理想时，重复标定消耗大量时间。

c）转台的判稳时间为固定值T。要保证每一个轨迹点的转台稳定，T的取值为所有轨迹点转台稳定时间的最大值，转台判稳时间过长。

d）采集质心数据时，对星点质心跳大点不进行跳过。不仅增加了总的星点质心采集次数，而且需要后期对标定数据进行剔点处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种星敏感器快速标定方法，从而提高星敏感器标定实验的效率。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种星敏感器快速标定方法，其特点是，包含：

S1，根据星点图像的灰度信息和像元素，调整平行光管的光源，使得星敏感器能够采集星点质心数据；

S2，转台运动同时带动星敏感器按照预设的第一轨迹进行标定；

S3，采集转台的位置信息，判断所述的转台是否稳定，若是则执行步骤S4；

S4，采集星点质心数据，删除其中星点质心数据的跳大点，并对删除跳大点后的星点质心数据进行标定参数计算。

所述的步骤S1具体为：

S1.1，控制所述的转台使得光源在星敏感器的探测器上生成的星点到达星敏感器视场中心和每个视场边缘点；

S1.2，调整光源直到所述的星敏感器视场中心和视场边缘点的星点饱和像元素m≤1且得到星点的有效像元素n≥3。

所述的转台为二维转台，其控制星敏感器绕着二维转台的方位回转轴做回转运动及俯仰轴做俯仰运动。

所述的步骤S2之前还包含：

S5，转台运动同时带动星敏感器按照预设的第二轨迹进行预标定。

设定所述的第一轨迹为：以星敏感器视场中心为起始点，方位回转轴和俯仰轴依次间隔转动一度生成运动轨迹。

设定所述的第二轨迹为：以星敏感器视场中心为起始点，方位回转轴和俯仰轴依次间隔转动至少两度生成运动轨迹。

所述的步骤S3中判断所述的转台稳定为：当连续j次转台的位置信息的偏差≤1/10000°时，判定转台稳定，其中j≥3。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，该方法在调整光源时，由星点的灰度值分布和有效像元数来判定，更快速精确。

第二，该方法选择了路径较短的回字形轨迹，且使用两度间隔的轨迹预标定，大大节省了标定时间。

第三，转台判稳使用了码盘的转台位置信息，比每个轨迹点等待固定时间更效率。

第四，质心数据的采集自动跳过质心跳大点，减小了采集质心数据的数据量且提高了后期标定数据处理效率。

附图说明

图1为星敏感器标定测试系统的俯视图；

图2为本发明一种星敏感器快速标定方法的流程图；

图3为本发明转台的运动轨迹示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图2所示，一种星敏感器快速标定方法，包含：

S1，根据星点图像的灰度信息和像元素，调整平行光管的光源，使得星敏感器能够采集星点质心数据；

S2，转台运动同时带动星敏感器按照预设的第一轨迹进行标定；

S3，采集转台的位置信息，判断所述的转台是否稳定，若是则执行步骤S4；

S4，采集星点质心数据，删除其中星点质心数据的跳大点，并对删除跳大点后的星点质心数据进行标定参数计算。

上述的步骤S1具体为：

S1.1，控制所述的转台使得光源在星敏感器的探测器上生成的星点到达星敏感器视场中心和每个视场边缘点，具体地，调整标定系统的二维转台，使得转台在相对零位（0，0）时，平行光管光源在星敏感器探测器上的像点坐标为视场中心点；星敏感器视场为a°×a°，所以4个视场边缘点的转台位置为（-[a/2]，-[a/2]）、（-[a/2]，[a/2]）、（[a/2]，-[a/2]）、（[a/2]，[a/2]），其中[ ]为取整函数，本实施例中a=17，则4个视场边缘点的转台位置为（-8，-8）、（-8，8）、（8，-8）、（8，8）；

S1.2，调整光源直到所述的星敏感器视场中心和视场边缘点的星点饱和像元素m≤1且得到星点的有效像元素n≥3，使用四联通域法对采集得到的星点图像进行星点标记。

上述的转台为二维转台，其控制星敏感器绕着二维转台的方位回转轴做回转运动及俯仰轴做俯仰运动。

上述的步骤S2之前还包含：S5，转台运动同时带动星敏感器按照预设的第二轨迹进行预标定。

设定所述的第一轨迹为：以星敏感器视场中心为起始点，方位回转轴和俯仰轴依次间隔转动一度生成运动轨迹。

设定所述的第二轨迹为：以星敏感器视场中心为起始点，方位回转轴和俯仰轴依次间隔转动至少两度生成运动轨迹。

转台从（0，0）点开始，使用图3的回字形路径，以1度为间隔生成标转台运动轨迹，终止点坐标为（-8，8）。以相同方式间隔两度生成预标定轨迹，在正式标定前使用预标定轨迹，直到标定精度满足要求后使用1度间隔轨迹。

上述的步骤S3中判断所述的转台稳定为：当连续j次转台的位置信息的偏差≤1/10000°时，判定转台稳定，其中j≥3。

上述步骤S4中删除其中星点质心数据的跳大点为（判定采集得到的相邻两次质心数据，偏差超过0.1个像素时，停止质心坐标数据的采集，并删除之前该轨迹点保存的质心数据）。

综上所述，本发明一种星敏感器快速标定方法，从而提高星敏感器标定实验的效率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种星敏感器快速标定方法，其特征在于，包含：

S1，根据星点图像的灰度信息和像元素，调整平行光管的光源，使得星敏感器能够采集星点质心数据；

S2，转台运动同时带动星敏感器按照预设的第一轨迹进行标定，设定所述的第一轨迹为：以星敏感器视场中心为起始点，方位回转轴和俯仰轴依次间隔转动一度生成运动轨迹；

S3，采集转台的位置信息，判断所述的转台是否稳定，若是则执行步骤S4，所述的步骤S3中判断所述的转台稳定为：当连续j次转台的位置信息的偏差≤1/10000°时，判定转台稳定，其中j≥3；

S4，采集星点质心数据，删除其中星点质心数据的跳大点，并对删除跳大点后的星点质心数据进行标定参数计算。

2.如权利要求1所述的星敏感器快速标定方法，其特征在于，所述的步骤S1具体为：

S1.1，控制所述的转台使得光源在星敏感器的探测器上生成的星点到达星敏感器视场中心和每个视场边缘点；

S1.2，调整光源直到所述的星敏感器视场中心和视场边缘点的星点饱和像元素m≤1且得到星点的有效像元素n≥3。

3.如权利要求1所述的星敏感器快速标定方法，其特征在于，所述的转台为二维转台，其控制星敏感器绕着二维转台的方位回转轴做回转运动及俯仰轴做俯仰运动。

4.如权利要求3所述的星敏感器快速标定方法，其特征在于，所述的步骤S2之前还包含：

S5，转台运动同时带动星敏感器按照预设的第二轨迹进行预标定。

5.如权利要求4所述的星敏感器快速标定方法，其特征在于，设定所述的第二轨迹为：以星敏感器视场中心为起始点，方位回转轴和俯仰轴依次间隔转动至少两度生成运动轨迹。