申请/专利权人：武汉大学

申请日：2022-04-21

公开（公告）日：2023-01-17

公开（公告）号：CN114858133B

主分类号：G01C11/00

分类号：G01C11/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.01.17#授权;2022.08.23#实质审查的生效;2022.08.05#公开

摘要：本发明提供一种恒星观测模式下的姿态低频误差修正方法。此发明首先将恒星作为控制点，在一个轨道周期内从不同纬度对恒星进行观测。通过姿态测量信息提取恒星信息，获取相机在惯性空间下的指向。然后结合星敏感器的光轴指向值，计算相机与两个星敏感器光轴的夹角变化。最后，通过多项式模型拟合此夹角变化，并利用相机光轴指向补偿算法，实现相机光轴指向的修正，进而修正相机轨道周期的低频姿态误差。本发明可在不具备全球控制点的条件和对地拍摄低频模型构建不精准的情况下，实现姿态低频误差的建模和补偿。

主权项：1.一种恒星观测模式下的姿态低频误差修正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，不同轨道位置的恒星观测；步骤2，恒星物方、像方坐标精确提取；步骤3，相机-星敏感器夹角变化模型构建；步骤4，相机-星敏感器低频姿态误差修正；所述步骤1的实现方式为：步骤1.1，合理规划卫星恒星观测的拍摄位置和角度，相机和至少两个星敏感器的视场方向规避太阳、地球和月球；步骤1.2，针对具有轨道周期低频姿态误差的卫星，根据卫星机动能力，通过间隔一定纬度对恒星进行观测拍摄，获取所有的恒星观测影像和几何参数；所述步骤2为恒星物方以及像方坐标精确提取，具体包括以下步骤：步骤2.1，根据理想的小孔成像模型，结合观测星向量和星表向量一一对应关系，构建恒星几何成像模型： 其中，αi，δi为第i颗恒星在瞬时J2000坐标系下的赤经赤纬，xi，yi为恒星在影像上的坐标，m为缩放因子，为恒星拍摄时刻相机在J2000坐标系下测量的姿态矩阵，f为相机光学镜头的主距，x0，y0是镜头主光轴与像面的交点；步骤2.2，利用已有的姿态测量信息和初始相机-星敏感器安装关系，实现影像中星点像方物方坐标的快速确定；步骤2.3，根据拍摄时刻和详细的GAIA星表参数，以及根据拍摄时刻卫星的速度方向，完成星点物方坐标的自行和光行差修正；所述步骤3为相机-星敏感器夹角变化模型构建，具体包括以下步骤：步骤3.1，根据恒星几何成像模型，以及恒星的物方像方坐标，求解相机在J2000惯性坐标系下的姿态矩阵 步骤3.2，根据不同拍摄时刻，相机和星敏感器测量的姿态矩阵，分别计算两个星敏感器光轴和相机的光轴指向，根据光轴夹角计算公式，构建两个星敏感器光轴-相机光轴之间的夹角变化模型；假设两个星敏感器分别为星敏感器A和星敏感器B，步骤3.2进一步包括：3.2.1，星敏感器A，星敏感器B到惯性系J2000的姿态矩阵为已知恒星观测得到的相机到J2000惯性系的姿态矩阵为则星敏感器A光轴OptA，星敏感器B光轴OptB和相机光轴Optcam分别为： 其中Opt＝[0，0，1]，a1，b1，c1，a2，b2，c2，x，y，z为各矢量具体参数；3.2.2，假设星敏感器A光轴与相机的夹角为θA，星敏感器B光轴与相机光轴的夹角为θB，根据上述步骤有： 3.2.3，由于低频姿态误差的存在，θA，θB不唯一；假设θA，θB的变化模型为：θA＝fAm，θB＝fBm其中m为变化因子，假设为轨道位置等因素；fA为相机-星敏感器A光轴夹角的变化模型，fB为相机-星敏感器B光轴夹角的变化模型；所述步骤4具体包括以下步骤：步骤4.1，根据步骤3.2的夹角变化模型，得到任意时刻两个星敏感器光轴和相机光轴的夹角，结合该时刻星敏感器光轴在惯性系下的指向，通过相机光轴指向补偿Cameraopticalaxispointingcompensation，COAPC方法实现相机光轴的修正；进一步包括：4.1.1，假设已知相机-星敏感器光轴夹角变化模型，即对于某一时刻OptA，OptB，θA，θB为确定值，而Optcam为未知项；根据余弦定理，结合步骤3.2.1，相机光轴与星敏感器光轴之间存在如下关系式： 其中，a1，b1，c1表示星敏感器A光轴OptA矢量参数，a2，b2，c2表示星敏感器B光轴OptB矢量参数，x，y，z表示相机光轴Optcam矢量未知参数，θA为星敏感器A光轴与相机的夹角，θB为星敏感器B光轴与相机光轴的夹角；4.1.2，对上式进行求解，并对系数项进行替换可得： 4.1.3，带入步骤4.1.1的方程组第三项可得： 其中，m，n，p，q由星敏感器A、B和相机光轴矢量参数a1，b1，c1，a2，b2，c2，x，y，z组成的替换参数；根据步骤4.1.2解得x和y为唯一解；根据步骤4.1.3可得z有两个取值，通过与预先估计的相机指向进行比较，接近者即为正确z值；从而得到模型补偿后的相机光轴指向 步骤4.2，根据任意时刻修正前后相机光轴的变化，构建四元数补偿参数，实现姿态低频误差的修正。

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