专利名称：一种高动态下恒星星像恢复方法
技术领域：
本发明涉及一种高动态下恒星星像恢复方法。
背景技术：
星敏感器是以已知准确空间位置、不可毁灭的恒星为基准，并通过光电方式被动探测天体位置，经解算确定测量点所在平台的经度、纬度、航向和姿态等信息。星敏感器是通过测量恒星的方位来计算飞行器姿态的姿态敏感器件。星敏感器在众多姿态敏感器中具有精度高、重量轻、功耗低、无漂移和工作方式多样等优点。早期的星敏感器使用的探测器灵敏度差，噪声大、视场小。为保证恒星星像能量足够不得不设置较长的积分时间，小视场也导致星表大，算法复杂，数据处理过于耗时，这些因素都造成广品的动态性能不闻。目前国外研制的CXD星敏感器已经过了大量飞行使用和在轨验证，动态性能也发展了到了一个较高的阶段，一般都低于2° /s，更新率5-lOHz。如我国卫星使用较多的德国Jena-Optronik公司的ASTR0-10,该产品可在2° /s的情况下星跟踪,而且精度不高。APS星敏感器虽然在光学系统设计、动态性算法研究等方面取得了很大进步，但是由于APS探测灵敏度不高，噪声较大，采用APS探测器研制的星敏感器动态性能不高。近两年，国外出现了一种采用多头设计的方案，进一步扩大星敏感器的视场，让视场中有更多的亮星，从而整体提高星敏感器的探测能力，降低了对单个探测器极限探测能力的要求，同时可以进一步缩小星表，提高星图识别速度，大大提高了星敏感器的动态性能。如法国SODERN公司研制的HYDRA，采用三探头的APS探测方案，扩大了组合视场，增加了可用星数，通过优良的软件设计和信息融合，使得APS星敏感器也获得了高动态性能。星敏感器恒星星等探测能力指星敏感器光电探测系统敏感星光信号的能力，包括极限星等探测能力和视场中能够探测到的平均星数，这是星敏感器工作的前提。星敏感器的各项光电参数都是在恒星星等探测能力分析的基础上进行设计的。在高动态条件下，恒星星像出现“像素拖移”，能量分散，若恒星星等探测能力达不到要求，就会导致视场内可用恒星数量不够。恒星星等探测能力的分析涉及光电探测系统的各个传感环节，光电探测系统由光学镜头、探测器、探测驱动以及处理电路组成。恒星星光经镜头汇集在探测器像元上，考虑所有影响恒星成像的因素，探测器的探测能力取决于单个像元能量响应函数，从响应函数可知，积分时间长，光斑能量集中，镜头的光透过率高，探测器量子效率高，光学通光孔径面积大，则系统的星等探测能力强。探测器的量子效率反映了探测器的光灵敏度。实际上，探测器的性能参数和光学系统参数是相互关联的，不能独立的去设计。由于在高动态条件下，恒星能量分散，为了进一步提高星敏感器的探测灵敏度，大部分提高光学孔径角度来增加通过镜头的恒星能量，但是镜头的孔径不能随意增大，与焦距有关，同时随着透镜孔径的增大，星敏感器的质量也增加，镜头的畸变也增大，因此，为了提高高动态条件下星敏感器的探测能力，不得不增加星敏感器的积分时间，但是随着积分时间的增加，恒星星像能量越分散，“像素拖移”程度越大，导致恒星星像不服从高斯分布，此时不能直接采用重心法来提取恒星星像坐标，否则提取的恒星星像坐标不正确。
发明内容
基于以上不足之处，本发明提出一种高动态下恒星星像恢复方法如下:1:利用当前帧T1的姿态四元素q和上帧T2的姿态四元素V，计算当前帧星敏感器的光轴指向G和上帧星敏感器的光轴指向( ；2:利用方向矢量6和(52，计算星敏感器前帧T1和上帧T2光轴指向之间的夹角
权利要求
1.一种高动态下恒星星像恢复方法，其特征在于，方法如下: (1):利用当前帧T1的姿态四元素q和上帧T2的姿态四元素q'，计算当前帧星敏感器的光轴指向G和上帧星敏感器的光轴指向( ； (2):利用方向矢量<5,和(52，计算星敏感器前帧T1和上帧T2光轴指向之间的夹角
全文摘要
本发明涉及一种高动态下恒星星像恢复方法，如下首先根据前两帧的姿态信息预测当前帧的姿态，预测当前帧的姿态和恒星天球下的赤经和赤纬计算恒星当前帧的星像中心；其次根据当前帧的姿态和前一帧的姿态分别计算的光轴指向，并计算出这两个光轴指向的夹角，利用公式(FOV是星敏感器视场，PIX是星敏感器图像传感器面阵大小，η是光轴指向之间的夹角)计算恒星星像分布半径R，以计算恒星星像中心，在恒星星像分布半径范围内，把恒星星像“平移”成“连续”的分布，恒星星像“平移”后，恒星星像的服从二维高斯分布，可以采用二维高斯函数来表示；最后采用重心法来提取恒星星像坐标。本发明提高了星敏感器的灵敏度，同时提高了恒星星像坐标的精度。
文档编号G01C21/02GK103175526SQ20131005307
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者王常虹, 李葆华 申请人:哈尔滨工业大学