CN113063434A - 卫星指向恒星的精度评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星指向恒星的精度评估方法及系统，包括：步骤S1：设置惯性定向的姿态控制方式，获取惯性定向的姿态控制方式设置结果信息；步骤S2：星载相机在轨连续对目标恒星进行成像，获取星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息；步骤S3：计算恒星的理论像元坐标，获取恒星的理论像元坐标计算结果信息；步骤S4：根据恒星的理论像元坐标计算结果信息，评估卫星平台的指向精度，获取卫星指向恒星的精度评估结果信息。本发明提出的卫星指向精度评估方法，在轨操作流程简单，精度高，适用于卫星指向精度指标的在轨评估。

Description

卫星指向恒星的精度评估方法及系统

技术领域

本发明涉及空间飞行器总体技术领域，具体地，涉及卫星指向恒星的精度评估方法及系统。

背景技术

指向精度是卫星平台的重要指标，直接关系到卫星在轨任务的成败。近年来，随着我国遥感卫星的不断发展，用户对卫星的定量化应用要求也越来越高。作为卫星平台的核心指标，卫星指向精度的要求也越来越高。

常规的卫星指向精度评估方法是采用星敏感器和陀螺。但随着卫星姿态稳定度和指向精度的要求不断提高，传统的陀螺和星敏感器渐渐不能满足甚高精度姿态稳定度的评估需求。因此，有必要研究新的评估方法，以第三方视角对姿态稳定度和指向精度指标进行精确评估。

文献《四频差动激光陀螺/星敏感器的卫星定姿算法》提出了四频差动激光陀螺与星敏感器的联合定姿方案，以须解决卫星高频抖动的测量与处理问题。但该方法对星敏感器和陀螺的性能要求较高，与本专利涉及的基于恒星观测的评估方法不一致。

文献《星观测的静止轨道成像仪指向偏差在轨修正》出了基于恒星观测的方法准确获取遥感仪器与观测目标间的相对位置和指向信息。该文章重点介绍了恒星数据的应用方法，并未涉及到指向精度的评估方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星指向恒星的精度评估方法及系统。

根据本发明提供的一种卫星指向恒星的精度评估方法，包括：步骤S1：根据卫星实现对恒星捕获后状态信息，设置惯性定向的姿态控制方式，获取惯性定向的姿态控制方式设置结果信息；步骤S2：根据惯性定向的姿态控制方式设置结果信息，星载相机在轨连续对目标恒星进行成像，获取星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息；步骤S3：根据星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息，计算恒星的理论像元坐标，获取恒星的理论像元坐标计算结果信息；步骤S4：根据恒星的理论像元坐标计算结果信息，评估卫星平台的指向精度，获取卫星指向恒星的精度评估结果信息。

优选地，所述步骤S1包括：

步骤S1.1：采用惯性定向的姿态控制方式，消除轨道运动对恒星观测影响，易于恒星捕获，提高了姿态稳定度的评估精度。

优选地，所述步骤S3包括：

步骤S3.1：计算恒星的理论像元坐标，计算恒星矢量在相机坐标系下的投影，表达式如下：

r_c＝A_{b_c}·A_{i_b}·r_i

上式中，r_i为恒星矢量在惯性参考坐标系下的投影；A_{i_b}为卫星惯性定向模式下的目标姿态矩阵；A_{b_c}为星载相机的安装矩阵；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影。

优选地，所述步骤S3包括：

步骤S3.2：结合根据相机的像元角分辨率，得到恒星理论像元坐标，具体的表达式如下：

式中，x_c和y_c为恒星的理论像元坐标；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影，τ为星载相机的像元角分辨率。

优选地，所述步骤S4包括：

步骤S4.1：评估卫星平台的指向精度，采用如下公式计算指向精度指标：

β＝τ(α-α₀)

上式中，τ为星载相机的像元角分辨率；α为恒星的实际像元坐标值；α₀为恒星的理论像元坐标值；β为评估的指向精度。

根据本发明提供的一种卫星指向恒星的精度评估方法，包括：模块M1：根据卫星实现对恒星捕获后状态信息，设置惯性定向的姿态控制方式，获取惯性定向的姿态控制方式设置结果信息；模块M2：根据惯性定向的姿态控制方式设置结果信息，星载相机在轨连续对目标恒星进行成像，获取星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息；模块M3：根据星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息，计算恒星的理论像元坐标，获取恒星的理论像元坐标计算结果信息；模块M4：根据恒星的理论像元坐标计算结果信息，评估卫星平台的指向精度，获取卫星指向恒星的精度评估结果信息。

优选地，所述模块M1包括：

模块M1.1：采用惯性定向的姿态控制方式，消除轨道运动对恒星观测影响，易于恒星捕获，提高了姿态稳定度的评估精度。

优选地，所述模块M3包括：

模块M3.1：计算恒星的理论像元坐标，计算恒星矢量在相机坐标系下的投影，表达式如下：

r_c＝A_{b_c}·A_{i_b}·r_i

上式中，r_i为恒星矢量在惯性参考坐标系下的投影；A_{i_b}为卫星惯性定向模式下的目标姿态矩阵；A_{b_c}为星载相机的安装矩阵；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影。

优选地，所述模块M3包括：

模块M3.2：结合根据相机的像元角分辨率，得到恒星理论像元坐标，具体的表达式如下：

式中，x_c和y_c为恒星的理论像元坐标；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影，τ为星载相机的像元角分辨率。

优选地，所述模块M4包括：

模块M4.1：评估卫星平台的指向精度，采用如下公式计算指向精度指标：

β＝τ(α-α₀)

上式中，τ为星载相机的像元角分辨率；α为恒星的实际像元坐标值；α₀为恒星的理论像元坐标值；β为评估的指向精度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提出了一种卫星指向恒星的精度评估方法，用于评估卫星平台的指向精度；

2、本发明流程构造合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例中的卫星姿态指向精度评估示意图。

图2是本发明实施例中的恒星在星载相机探测器投影示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-2所示，一种卫星指向恒星的精度评估方法，包括：

S1：采用惯性定向的姿态控制方式；

在试验前，卫星通过姿态机动，使星载相机的光轴指向目标恒星。考虑到卫星在轨期间存在轨道角速度运动，为了确保星载相机可连续对目标恒星进行成像，需消除轨道角速度的影响。因此，卫星应选择惯性定向的模式，将惯性坐标系作为姿态控制系统的参考基准。当星载相机的光轴指向目标恒星时，确保卫星的姿态基准在惯性空间内保持不变。

S2：星载相机在轨连续对目标恒星进行成像；

卫星处于惯性定向模式后，星载相机开机，以高帧频的模式对恒星成像，记录恒星影响在探测器上的移动轨迹。

S3：计算恒星的理论像元坐标；

由于卫星采用惯性定向的模式，因此不用考虑轨道的影响，首先计算恒星矢量在相机坐标系下的投影，表达式如下：

r_c＝A_{b_c}·A_{i_b}·r_i

上式中，r_i为恒星矢量在惯性参考坐标系下的投影，可根据目标恒星的赤经、赤纬信息计算；A_{i_b}为卫星惯性定向模式下的目标姿态矩阵；A_{b_c}为星载相机的安装矩阵，可根据布局结果得出；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影。

然后，结合根据星载相机的像元叫分辨率，得到恒星理论像元坐标，具体的表达式如下：

上式中，x_c和y_c为恒星的理论像元坐标；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影，τ为星载相机的像元角分辨率。

S4：评估卫星平台的指向精度；

首先进行图像处理，获取所有图像中的恒星影像像元坐标，统计恒星影像实际像元坐标与理论像元坐标。最后，结合星载相机的像元角分辨率，计算统计时间内卫星平台的指向精度指标。具体表达式如下：

β＝τ(α-α₀)

上式中，τ为星载相机的像元角分辨率；α为恒星的实际像元坐标值；α₀为恒星的理论像元坐标值；β为评估的指向精度。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种卫星指向恒星的精度评估方法，其特征在于，包括：

步骤S1：根据卫星实现对恒星捕获后状态信息，设置惯性定向的姿态控制方式，获取惯性定向的姿态控制方式设置结果信息；

步骤S2：根据惯性定向的姿态控制方式设置结果信息，星载相机在轨连续对目标恒星进行成像，获取星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息；

步骤S3：根据星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息，计算恒星的理论像元坐标，获取恒星的理论像元坐标计算结果信息；

步骤S4：根据恒星的理论像元坐标计算结果信息，评估卫星平台的指向精度，获取卫星指向恒星的精度评估结果信息。

2.根据权利要求1所述的卫星指向恒星的精度评估方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S1.1：采用惯性定向的姿态控制方式，消除轨道运动对恒星观测影响，易于恒星捕获，提高了姿态稳定度的评估精度。

3.根据权利要求1所述的卫星指向恒星的精度评估方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S3.1：计算恒星的理论像元坐标，计算恒星矢量在相机坐标系下的投影，表达式如下：

r_c＝A_{b_c}·A_{i_b}·r_i

上式中，r_i为恒星矢量在惯性参考坐标系下的投影；A_{i_b}为卫星惯性定向模式下的目标姿态矩阵；A_{b_c}为星载相机的安装矩阵；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影。

4.根据权利要求3所述的卫星指向恒星的精度评估方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S3.2：结合根据相机的像元角分辨率，得到恒星理论像元坐标，具体的表达式如下：

式中，x_c和y_c为恒星的理论像元坐标；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影，τ为星载相机的像元角分辨率。

5.根据权利要求1所述的卫星指向恒星的精度评估方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

步骤S4.1：评估卫星平台的指向精度，采用如下公式计算指向精度指标：

β＝τ(α-α₀)

上式中，τ为星载相机的像元角分辨率；α为恒星的实际像元坐标值；α₀为恒星的理论像元坐标值；β为评估的指向精度。

6.一种卫星指向恒星的精度评估系统，其特征在于，包括：

模块M1：根据卫星实现对恒星捕获后状态信息，设置惯性定向的姿态控制方式，获取惯性定向的姿态控制方式设置结果信息；

模块M2：根据惯性定向的姿态控制方式设置结果信息，星载相机在轨连续对目标恒星进行成像，获取星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息；

模块M3：根据星载相机在轨连续对目标恒星进行成像信息，计算恒星的理论像元坐标，获取恒星的理论像元坐标计算结果信息；

模块M4：根据恒星的理论像元坐标计算结果信息，评估卫星平台的指向精度，获取卫星指向恒星的精度评估结果信息。

7.根据权利要求6所述的卫星指向恒星的精度评估系统，其特征在于，所述模块M1包括：

模块M1.1：采用惯性定向的姿态控制方式，消除轨道运动对恒星观测影响，易于恒星捕获，提高了姿态稳定度的评估精度。

8.根据权利要求6所述的卫星指向恒星的精度评估系统，其特征在于，所述模块M3包括：

模块M3.1：计算恒星的理论像元坐标，计算恒星矢量在相机坐标系下的投影，表达式如下：

r_c＝A_{b_c}·A_{i_b}·r_i

上式中，r_i为恒星矢量在惯性参考坐标系下的投影；A_{i_b}为卫星惯性定向模式下的目标姿态矩阵；A_{b_c}为星载相机的安装矩阵；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影。

9.根据权利要求6所述的卫星指向恒星的精度评估系统，其特征在于，所述模块M3包括：

模块M3.2：结合根据相机的像元角分辨率，得到恒星理论像元坐标，具体的表达式如下：

式中，x_c和y_c为恒星的理论像元坐标；r_c为恒星矢量在相机坐标系下的投影，τ为星载相机的像元角分辨率。

10.根据权利要求6所述的卫星指向恒星的精度评估系统，其特征在于，所述模块M4包括：

模块M4.1：评估卫星平台的指向精度，采用如下公式计算指向精度指标：

β＝τ(α-α₀)

上式中，τ为星载相机的像元角分辨率；α为恒星的实际像元坐标值；α₀为恒星的理论像元坐标值；β为评估的指向精度。

Images