一种星敏感器星跟踪方法与流程

技术特征：

1.一种星敏感器星跟踪方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1、角速率估计；

步骤S2、角速率滤波；

步骤S3、星矢量预测；

步骤S4、星矢量转化为星点；

步骤S5、在以预测星点为中心的波门中提取星点。

2.如权利要求1所述的星敏感器星跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包含以下步骤：

由当前时刻k提取的n颗跟踪恒星的星点信息计算得到n个帧的星矢量：

$s_i\left(k\right)=\[-\left(x_i\right(k)-x_0),-\left(y_i\right(k)-y_0),f\]/\sqrt{{\left(x_i\right(k)-x_0)}^2+{\left(y_i\right(k)-y_0)}^2+f^2},i=1,2,\mathrm{...}n---\left(1\right)$

其中，(x_i(k),y_i(k))为k时刻第i颗星在星敏探测器上的成像点坐标，(x₀,y₀)为星敏感器主点坐标，f为星敏感器焦距；

根据当前帧和上一帧的星矢量计算角速率估计值

$\widehat{\mathrm{\ω}}\left(k\right)=\frac{1}{\mathrm{\Δ}t}{\{\underset{1}{\overset{n}{\Σ}}{\[s_i(k-1)\×\]}^T\[s_i(k-1)\×\]\}}^{-1}\×\underset{1}{\overset{n}{\Σ}}{\[s_i(k-1)\×\]}^T{s}_i\left(k\right)---\left(2\right)$

其中，

3.如权利要求2所述的星敏感器星跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包含以下步骤：

将角速率估计值作为当前角速率测量值Z(k)输入卡尔曼滤波器，得到角速率滤波值ω(k)；

步骤S2.1、计算角速率测量值：

$\begin{array}{c}Z\left(k\right)=\frac{1}{\mathrm{\Δ}t}{\{\underset{1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_i^{-2}{\[s_i(k-1)\×\]}^T\[s_i(k-1)\×\]\}}^{-1}\\ \×\underset{1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_i^{-2}{\[s_i(k-1)\×\]}^T{s}_i\left(k\right)\end{array}---\left(6\right)$

步骤S2.2、根据上一帧的角速率估计值进行地面标定，得到角速率与测量误差的关系，从而计算得到测量误差方差σ；；

步骤S2.3、计算测量噪声的方差R(k)：

$R\left(k\right)\≈{\{\underset{1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}^{-2}{\[s_i\left(k\right)\×\]}^T\[s_i\left(k\right)\×\]\}}^{-1}---\left(7\right)$

其中，

步骤S2.4、计算系统转移误差：

P(k|k-1)＝P(k-1)+Q (8)

步骤S2.5、计算卡尔曼滤波器的增益：

Kg(k)＝P(k|k-1)/(P(k|k-1)+R(k)) (9)

步骤S2.6、计算角速率滤波值ω(k)：

ω(k)＝ω(k-1)+Kg(k)(Z(k)-ω(k-1)) (10)

步骤S2.7、计算协方差阵的更新值P(k)：

P(k)＝(I-Kg(k))P(k|k-1) (11)。

4.如权利要求3所述的星敏感器星跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S2中，卡尔曼滤波器的状态方程为：

ω(k|k-1)＝ω(k-1)+u(k) (4)

其中，u(k)是状态转移噪声；

卡尔曼滤波器的状态转移方程为：

Z(k)＝ω(k)+v(k) (5)

其中，v(k)是测量噪声；

卡尔曼滤波器的初始状态为：角速率ω(0)＝[0；0；0]，初始协方差阵P(0)＝I_3*3，测量噪声方差初始值R(0)＝I_3*3，状态转移噪声的方差Q＝0.001I_3×3。

5.如权利要求4所述的星敏感器星跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S3包含以下步骤：

根据角速率滤波值ω(k)以及当前帧的星矢量计算下一帧星矢量的预测值：

s_i(k+1)＝Δt*[s_i(k)×]ω(k)+s_i(k) (12)。

6.如权利要求5所述的星敏感器星跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S4包含以下步骤：

根据星矢量预测值和星敏感器内方位元素(f,x₀,y₀)计算下一帧的星点位置：

s＝s_i(k+1)

x_i(k+1)＝-f·s(1)/s(3)+x₀ (13)。

y_i(k+1)＝-f·s(2)/s(3)+y₀。