申请/专利权人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所

申请日：2023-06-27

公开（公告）日：2023-10-10

公开（公告）号：CN116858284A

主分类号：G01C25/00

分类号：G01C25/00

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2023.10.27#实质审查的生效;2023.10.10#公开

摘要：本发明提出一种红外星敏感器轴系误差标定方法，利用红外星敏感器测量四颗恒星的高度和方位信息，并计算相应的高度差和方位差；基于小角度假设，构建各坐标系之间的转换关系；基于矩阵链乘规则，建立红外星敏感器轴系误差数学标定模型；根据量测信息和数学标定模型，利用最小二乘算法求解待标定系数；可以保证红外星敏感器高精度恒星姿态测量，通过将光轴坐标系、俯仰轴坐标系、方位轴坐标系以及安装基准面坐标系之间实现坐标系统一，实现测量恒星姿态的精度可达角秒级。

主权项：1.一种红外星敏感器轴系误差标定方法，其特征在于，包括：步骤1：利用红外星敏感器测量任意四颗恒星的高度和方位信息，并计算相应的高度差和方位差； 式中，ΔH1、ΔA1表示恒星1的高度差和方位差，表示恒星1的实测高度和方位，H1、A1表示恒星1的理论高度和方位；ΔH2、ΔA2表示恒星2的高度差和方位差，表示恒星2的实测高度和方位，H2、A2表示恒星2的理论高度和方位；ΔH3、ΔA3表示恒星3的高度差和方位差，表示恒星3的实测高度和方位，H3、A3表示恒星3的理论高度和方位；ΔH4、ΔA4表示恒星4的高度差和方位差，表示恒星4的实测高度和方位，H4、A4表示恒星4的理论高度和方位；步骤2：基于小角度假设，构建各坐标系之间的转换关系，具体为：步骤2.1：建立方位轴坐标系与安装基准面坐标系之间的转换关系；假设安装基准面坐标系为O-X0Y0Z0，红外星敏感器方位轴与其法线形成的方位轴坐标系为O-X1Y1Z1，为坐标系O-X1Y1Z1与O-X0Y0Z0之间的小角度误差向量，则坐标系O-X1Y1Z1与O-X0Y0Z0之间坐标转换矩阵为： 式中，γ1、θ1分别表示方位坐标系和安装基准面坐标系的三个坐标轴之间的角度误差；步骤2.2：建立俯仰轴坐标系与方位轴坐标系之间的转换关系；假设红外星传感器俯仰轴与其法线形成俯仰轴坐标系O-X2Y2Z2，经过方位轴测角转换后俯仰轴坐标系O-X2Y2Z2与方位轴坐标系O-X1Y1Z1存在小量误差则坐标系O-X2Y2Z2与O-X1Y1Z1之间的坐标转换矩阵为： 式中，γ2、θ2分别表示俯仰轴坐标系与方位轴坐标系的三个坐标轴之间的角度误差；下角标i表示第i颗恒星，i＝1,2,3,4；ΔAi和Ai分别表示第i颗恒的方位差和理论方位；步骤2.3：建立光轴坐标系与俯仰轴坐标系之间的转换关系；假设红外星传感器光轴与其法线形成光轴坐标系O-X3Y3Z3，经过俯仰轴测角转换后光轴坐标系O-X3Y3Z3与俯仰轴坐标系O-X2Y2Z2存在小量误差则坐标系O-X3Y3Z3与O-X2Y2Z2之间的坐标转换矩阵为： 式中，ΔHi和Hi分别表示第i颗恒星的高度差和理论高度；γ3和θ3分别表示光轴坐标系与俯仰轴坐标系的三个坐标轴之间的角度误差；步骤3：建立红外星敏感器轴系误差数学标定模型，具体为：步骤3.1：构建光轴坐标系O-X3Y3Z3与安装基准面坐标系为O-X0Y0Z0之间的转换关系： 式中，表示光轴坐标系O-X3Y3Z3与安装基准面坐标系O-X0Y0Z0之间的坐标转换矩阵；步骤3.2：星体跟踪器跟踪稳定后，星矢量与光轴重合，光轴坐标系下的星矢量表示为：R3＝[010]T9步骤3.3：根据恒星星历给出的被测恒星的平赤经、平赤纬及有关变化参数，通过转换得到观测时刻的视位置，即安装基准面坐标系理论高度和方位，恒星在安装基准面坐标系下的投影表示为：R0＝[cosHisinAicosHicosAisinHi]T10步骤3.4：根据已知星矢量和坐标转换关系，建立红外星敏感器轴系误差数学标定模型： 展开式11,忽略二阶小量得到： 步骤4：根据步骤1中的量测信息和步骤3中的数学标定模型，利用最小二乘算法求解相关系数：步骤4.1：通过变量替换，变换改写步骤3中的数学标定模型： 其中，分别为a、b、c、d、e、f、p、q为待求解的模型系数；步骤4.2：根据4颗恒星的高度方位测量结果，构建如下最小二乘求解公式： 基于式14解算出模型系数a、b、c、d、e、f、p、q，并进一步计算获取标定参数；

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