CN107860398B - 一种星点质心坐标的确定方法 - Google Patents

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Abstract

一种星点质心坐标的确定方法，步骤为：(1)获取星敏感器对应的焦距、星敏感器中心点位置、不同转台位置、以及在不同转台位置分别对应的星点质心坐标；(2)获取不同转台位置分别对应的星点质心坐标的采集范围；(3)从不同转台位置中获取有效转台位置；(4)在有效转台位置采集多次星点质心坐标并根据多次星点质心坐标得到所述有效转台位置对应的星点质心坐标平均值；(5)获取所述有效转台位置对应的有效星点质心坐标范围；(6)从在所述有效转台位置采集的多次星点质心坐标中获取位于有效星点质心坐标范围内的星点质心坐标，并将位于有效星点质心坐标范围内的星点质心坐标的平均值确定为所述有效转台位置对应的星点质心坐标。

Description

一种星点质心坐标的确定方法
技术领域
本发明属于星敏感器测量技术领域，涉及一种星点质心坐标的确定方法。
背景技术
星敏感器是当前卫星平台测量精度最高的姿态测量敏感器，其测量精度的高低直接反映卫星的姿态精度。因此，需要不断提高星敏感器测量精度，星敏感器内方位元素的精确测量是保证星敏感器精度的重要环节，而星敏感器内方位元素是根据不同转台位置分别对应的星点质心坐标进行确定的，因此星点质心坐标的精度影响到星敏感器精度。
目前，在进行不同转台位置分别对应的星点质心坐标的确定时，直接将实时采集的星点质心坐标作为不同转台位置分别对应的星点质心坐标，并进一步获取星敏感器内方位元素，然而由于星点质心坐标的采集环境存在干扰，并且获取的星点质心坐标也可能存在跳变异常现象，这些干扰因素均会影响到采集的星点质心坐标的采集精度，因此现有星点质心坐标的确定方法的误差较大，进而导致星敏感器内方位元素的测量精度较低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星点质心坐标的确定方法，可以解决现有星点质心坐标的确定方法的误差较大，进而导致星敏感器内方位元素的测量精度较低的问题。
本发明的技术解决方案是：一种星点质心坐标的确定方法，包括如下步骤：
(1)获取星敏感器对应的焦距、星敏感器中心点位置、不同转台位置、以及在不同转台位置分别对应的星点质心坐标；
(2)根据星敏感器对应的焦距、星敏感器中心点位置、不同转台位置，获取不同转台位置分别对应的星点质心坐标的采集范围；
(3)从不同转台位置中获取对应的星点质心坐标位于星点质心坐标采集范围内的有效转台位置；
(4)在所述有效转台位置采集多次星点质心坐标并根据多次星点质心坐标得到所述有效转台位置对应的星点质心坐标平均值；
(5)根据所述星点质心坐标平均值以及在所述有效转台位置采集的多次星点质心坐标，获取所述有效转台位置对应的有效星点质心坐标范围；
(6)从在所述有效转台位置采集的多次星点质心坐标中获取位于有效星点质心坐标范围内的星点质心坐标，并将位于有效星点质心坐标范围内的星点质心坐标的平均值确定为所述有效转台位置对应的星点质心坐标。
进一步地，所述获取不同转台位置分别对应的星点质心坐标的采集范围的方法为：
根据公式
Figure GDA0002317586780000021
进行计算，其中，x'、y'为不同转台位置分别对应的星点质心坐标的采集范围，r为预置的采集范围常数系数，x0，y0为星敏感器中心点坐标，f为星敏感器对应的焦距，
Figure GDA0002317586780000031
v为单位星矢量[0；0；1]经转台旋转后得到的星矢量，v(1)为星矢量v中的第一行矩阵元素，v(2)为星矢量v中的第二行矩阵元素，v(3)为星矢量v中的第三行矩阵元素，
Figure GDA0002317586780000032
Figure GDA0002317586780000033
为在不同转台位置
Figure GDA0002317586780000034
分别对应的转台位置矩阵，
Figure GDA0002317586780000035
Figure GDA0002317586780000036
为不同转台位置。
进一步地，获取所述有效转台位置对应的有效星点坐标范围的方法为：
根据公式
Figure GDA0002317586780000037
进行计算，其中，Rx，Ry为以星点质心坐标平均值为圆心构成的圆的半径，X0，Y0为所述有效转台位置对应的星点质心坐标平均值，Xi，Yi为第i次采集到的有效转台位置对应的星点质心坐标，N为采集次数；
将所述圆对应的坐标范围作为有效转台位置对应的有效星点坐标范围。
进一步地，从不同转台位置中获取对应的星点质心坐标位于对应的星点质心坐标的采集范围内的有效转台位置的方法为：
当转台位置对应的星点质心坐标中存在至少两个星点质心坐标位于对应的星点质心坐标采集范围内时，若转台位置对应的至少两个星点质心坐标中不在坏像元列表的星点质心坐标的个数为1个，则将所述转台位置确定为有效转台位置，所述坏像元列表中保存有预置采集异常像素点对应的星点质心坐标。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过结合转台运动轨迹和星敏感器各项参数，对星点质心坐标的采集范围进行预测，从各转台位置中筛选出可以采集到星点质心坐标的有效转台位置，提高了星点质心坐标的采集精度和采集有效性，进而提高了星敏感器内方位元素的测量精度和抗干扰能力。
(2)本发明根据有效转台位置对应的星点质心坐标平均值以及在有效转台位置采集的多次星点质心坐标，实时确定每一个转台位置对应的有效星点质心坐标范围，并根据每一个转台位置对应的有效星点质心坐标范围对每一个转台位置点对应的星点质心坐标进行粗大误差点剔除，确保采集得到的星点质心数据的有效性和精度。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图；
图2为本发明提供的星敏感器系统示意图；
图3为星点质心坐标的采集范围逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明提供的方法进行详细阐述：
1.自主记录星敏感器内方位元素测量实验过程数据及参数，其中，实验过程采用的系统可以如图2所示。
a)数据处理计算机与星敏感器通过通信串口相连，获取星敏感器各项参数及过程数据：星敏感器对应的焦距f、星敏感器中心点坐标(x0，y0)、探测器温度、机壳温度、镜头温度以及不同转台位置分别对应的星点质心坐标(x，y)；
b)数据处理计算机与恒星模拟光源通过网口相连，控制并自主记录光源参数：星等、波长、色温；
c)数据处理计算机与二维转台通过网口相连，控制二维转台并记录转台位置数据：转台位置
Figure GDA0002317586780000051
2.根据星敏感器对应的焦距、星敏感器中心点位置、不同转台位置，获取不同转台位置分别对应的星点质心坐标的采集范围。
a)以星敏感器的视场的零像素点为坐标原点建立坐标系，根据焦距f、星敏感器中心点坐标(x0，y0)、转台相对位置信息
Figure GDA0002317586780000052
求解预测星点坐标(x，y)。
具体地，首先假设x轴旋转的正方向使得y轴坐标增加，y轴旋转的正方向使得x轴坐标减小，得到绕x轴旋转的公式Rx，绕y轴旋转的公式Ry。其中
Figure GDA0002317586780000053
为转台x轴的转动角度，
Figure GDA0002317586780000054
为转台y轴的转动角度，得到公式
Figure GDA0002317586780000055
Figure GDA0002317586780000056
此时星点坐标(x，y)预测公式为：
Figure GDA0002317586780000057
Figure GDA0002317586780000058
Figure GDA0002317586780000061
其中，v为单位星矢量经转台旋转后得到的星矢量，v(1)为星矢量v中的第一行矩阵元素，v(2)为星矢量v中的第二行矩阵元素，v(3)为星矢量v中的第三行矩阵元素。
b)由a)中得到的预测星点坐标(x，y)以及采集范围的半径r，求解采集范围，公式如下：
Figure GDA0002317586780000062
3、从不同转台位置中获取对应的星点质心坐标位于星点质心坐标采集范围内的有效转台位置。
a)由说明书附图3可得，当采集范围中没有星点质心时，确认当前运行错误，并累加错误次数；
b)当采集范围中星点质心数目为1时，确定所述转台位置为有效转台位置。
c)当采集范围中星点质心数目≥1时，引入坏像元列表。当窗口中不在坏像元列表中的星点质心数目为1时，确定所述转台位置为有效转台位置；其余情况，确认当前运行错误，并累加错误次数；
4.筛选删除星点质心坐标跳大值。
a)设第i个转台位置对应的星点质心的坐标为(Xi，Yi)，采集次数为N；
b)获取星点质心的平均值坐标(X0，Y0)；
c)分别对(Xi，Yi)坐标求3倍标准差作为有效星点质心坐标范围的半径Rx，Ry：
Figure GDA0002317586780000071
d)分别以(X0，Y0)为圆心，Rx，Ry为半径画圆，超出圆范围的点为粗大误差点，删除；
e)重复b)、c)、d)步骤直到没有粗大误差点；
f)将删除后剩余的星点质心坐标的平均值作为有效转台位置对应的星点质心坐标。
5.自主内方位元素计算：
a)根据有效转台位置对应的星点质心坐标生成内方位元素解算文件；
b)由内方位元素解算文件计算得到星敏感器内方位元素，包括：焦距、主点坐标及镜头畸变。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种星点质心坐标的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取星敏感器对应的焦距、星敏感器中心点位置、不同转台位置、以及在不同转台位置分别对应的星点质心坐标；
(2)根据星敏感器对应的焦距、星敏感器中心点位置、不同转台位置，获取不同转台位置分别对应的星点质心坐标的采集范围，其中：
所述获取不同转台位置分别对应的星点质心坐标的采集范围的方法为：
根据公式
Figure FDA0002317586770000011
进行计算，其中，x'、y'为不同转台位置分别对应的星点质心坐标的采集范围，r为预置的采集范围常数系数，x0，y0为星敏感器中心点坐标，f为星敏感器对应的焦距，
Figure FDA0002317586770000012
v为单位星矢量[0；0；1]经转台旋转后得到的星矢量，v(1)为星矢量v中的第一行矩阵元素，v(2)为星矢量v中的第二行矩阵元素，v(3)为星矢量v中的第三行矩阵元素，
Figure FDA0002317586770000013
Figure FDA0002317586770000014
为在不同转台位置
Figure FDA0002317586770000015
分别对应的转台位置矩阵，
Figure FDA0002317586770000016
Figure FDA0002317586770000017
为不同转台位置；
(3)从不同转台位置中获取对应的星点质心坐标位于星点质心坐标采集范围内的有效转台位置；
(4)在所述有效转台位置采集多次星点质心坐标并根据多次星点质心坐标得到所述有效转台位置对应的星点质心坐标平均值；
(5)根据所述星点质心坐标平均值以及在所述有效转台位置采集的多次星点质心坐标，获取所述有效转台位置对应的有效星点质心坐标范围，其中：
获取所述有效转台位置对应的有效星点质心坐标范围的方法为：
根据公式
Figure FDA0002317586770000021
进行计算，其中，Rx，Ry为以星点质心坐标平均值为圆心构成的圆的半径，X0，Y0为所述有效转台位置对应的星点质心坐标平均值，Xi，Yi为第i次采集到的有效转台位置对应的星点质心坐标，N为采集次数；
将所述圆对应的坐标范围作为有效转台位置对应的有效星点坐标范围；
(6)从在所述有效转台位置采集的多次星点质心坐标中获取位于有效星点质心坐标范围内的星点质心坐标，并将位于有效星点质心坐标范围内的星点质心坐标的平均值确定为所述有效转台位置对应的星点质心坐标。
2.根据权利要求1所述的一种星点质心坐标的确定方法，其特征在于，从不同转台位置中获取对应的星点质心坐标位于对应的星点质心坐标的采集范围内的有效转台位置的方法为：
当转台位置对应的星点质心坐标中存在至少两个星点质心坐标位于对应的星点质心坐标采集范围内时，若转台位置对应的至少两个星点质心坐标中不在坏像元列表的星点质心坐标的个数为1个，则将所述转台位置确定为有效转台位置，所述坏像元列表中保存有预置采集异常像素点对应的星点质心坐标。
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