一种基于选权迭代的星敏感器在轨几何定标方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星测量精密仪器高精度定标领域，涉及一种基于选权迭代的星敏感 器在轨几何定标技术方案。
【背景技术】
[0002] 星敏感器在卫星的姿态测量和控制系统中起着重要的作用，它以恒星为参考，输 出卫星在天球惯性坐标系下的姿态，是目前卫星测量精度最高的一种的定姿设备。星敏感 器的定标可以通过地面定标和在轨定标两种方式完成，通过地面上进行的严格定标，可以 确定在轨运行的初始参数。但是受卫星发射过程中应力的释放、成像环境的变化以及器件 的老化等多种因素的影响，会使得光学系统的参数发生漂移，测量精度下降，因此需要对其 进行在轨定标。
[0003] 目前存在的星敏感器在轨定标方法，都是基于星图中的恒星能够正确识别的基础 上进行的，然而现有的绝大多数星图识别方法都依赖于星敏感器的相机参数，当相机参数 存在较大的偏差时，就会严重影响星图识别的准确性，错误识别的恒星作为星敏感器在轨 定标的控制点信息时，会显著影响在轨几何定标中相机参数的解算精度。因此，如何有效地 抑制由于相机参数偏差造成的错误识别的恒星对定标精度的影响，是星敏感器在轨几何定 标中亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的问题是，针对星敏感器，提供一种有效稳健的在轨几何定标技 术方案，可以有效抑制错误识别的恒星对定标精度的影响。
[0005] 本发明的技术方案提供一种基于选权迭代的星敏感器在轨几何定标方法，包括以 下步骤：
[0006] 步骤1，利用星敏感器拍摄多张恒星背景，获取恒星控制点的方向矢量\和量测矢 量Wi;
[0007] 步骤2,构建星敏感器在轨几何定标模型如下，
[0008] 设星敏感器同一星图内两个星点对应的两个量测所得量测矢量^和Wj之间的夹 角0^，与导航星表中对应恒星的方向矢量^和'_之间的夹角0 U相等，星敏感器在轨几 何定标模型的公式如下，
[0010]其中，Ri;j是余弦的偏差值，gij (?)是cos9ij的函数表不；
[0011]
是真值X = (X。，y。，f, h，Ppp2)的估计值，估计值全的改正 数用AX= (Ax。，Ay。，Af, Akp Api, Ap2)表示，（x^d)是星敏感器的主光轴与像平面 的交点的地面定标值，f?是星敏感器的焦距地面定标值，ki为光学镜头的径向畸变系数，P1 和p2S光学镜头的切向畸变系数；
[0013] 步骤3,利用选权迭代与最小二乘方法解算定标参数，获取定标结果。
[0014] 而且，所述恒星控制点的方向矢量如下，
[0016] 其中，a, 6冷别为恒星控制点的赤经和赤炜。
[0017] 而且，设恒星控制点通过星敏感器成像以后在像平面上的坐标为（Xi， yi)，星敏感 器的主光轴与像平面的交点的地面定标值为（X(l，％)，则星像点对应的量测矢量如下，
[0019] 其中，Ax与Ay为像平面上的坐标（Xi,yj处的畸变误差。
[0020] 而且，步骤3的实现方式如下，
[0021] 设一共观测了 H张星图，第h张星图中有nh个星点，其中h= 1，2,…，H，则根据星 敏感器在轨几何定标模型有
[0022] Rh= A h A X
[0023]其中，
[0025] i= 1, . . . ,nh-l,j=i+1, . . . ,nh；
[0026] 利用观测的H张星图，构建超定方程组如下
[0027] Rk=AkAXk
[0028] 其中k为迭代次数，A Xk是第k次迭代的估计值i的改正数，
[0030] 执行以下步骤，
[0031]步骤3. 1，输入参数X。，y。，f,h，Pn口2的初始值，令k = 0;
[0032] 步骤3. 2,进行最小二乘估计如下，
[0033] AXk= (AkTPkAk)_1A kTPkRk-
[0034]其中，矩阵 Pk= diag(p p2…pt...pKOT(A))k且 t = 1，2...，Row(A)，Row(A)表示中矩 阵Ak行数，是夹角观测值的数量，p t为第k次迭代时对应夹角观测值的权，P k的初始值为单 位阵；
[0035]步骤3. 3,判断是否| | AXk| | > e，e为预设的正数值；
[0036]否则输出=i^ +AZ^，结束流程；其中，i是第k次迭代的估计值全， 是第k+1次迭代的估计值
[0037] 是则进入步骤3. 4;
[0038] 步骤3. 4,判断是否k > 0，
[0039] 是则更新参数= 1+ ,然后进入步骤3. 5;
[0040] 否则直接进入步骤3. 5;
[0041] 步骤3. 5,采用选权迭代的方式更新各权值pt，令k = k+1，然后返回步骤3. 2。
[0042] 而且，步骤3.5中，采用选权迭代的方式更新各权值pt实现如下，
[0043] 设满足标准正态分布，^是各个夹角观测值的多余观测分量，ut是各个夹 角观测值的残差，t = 1，Row(A)，
[0045] 其中，Tt为统计信息，F是预设的阈值，^为&=(^)的单位权方差的估计值。
[0046] 本发明还相应提供一种基于选权迭代的星敏感器在轨几何定标系统，包括以下模 块：
[0047] 恒星控制点提取模块，用于利用星敏感器拍摄多张恒星背景，获取恒星控制点的 方向矢量Vi和量测矢量w i;
[0048] 模型构建模块，用于构建星敏感器在轨几何定标模型如下，
[0049] 设星敏感器同一星图内两个星点对应的两个量测所得量测矢量^和w』之间的夹 角0^，与导航星表中对应恒星的方向矢量^和'_之间的夹角0 U相等，星敏感器在轨几 何定标模型的公式如下，
[0051] 其中，Ri;j是余弦的偏差值，g ij(?)是cos Q ij的函数表不;；
[0052] 是真值X =(X。，y〇，f, ki,Pi,p2)的估计值，估计值全的改 正数用AX= (Ax0, Ay0, Af，Ak" Ap" Ap2)表示，（x0，y0)是星每女感器的主光车由与像平 面的交点的地面定标值，f?是星敏感器的焦距地面定标值，匕为光学镜头的径向畸变系数， pJP P 2为光学镜头的切向畸变系数；
[0053] 矩阵
[0054] 定标模块，用于利用选权迭代与最小二乘方法解算定标参数，获取定标结果。
[0055] 而且，所述恒星控制点的方向矢量如下，
[0057] 其中，a和S冷别为恒星控制点的赤经和赤炜。
[0058] 而且，设恒星控制点通过星敏感器成像以后在像平面上的坐标为（Xi，yi)，星敏感 器的主光轴与像平面的交点的地面定标值为（ X(l，％)，则星像点对应的量测矢量如下，
[0060] 其中，Ax与Ay为像平面上的坐标（Xi, y)处的畸变误差。
[0061] 而且，定标模块的实现方式如下，
[0062] 设一共观测了 H张星图，第h张星图中有nh个星点，其中h= 1，2,…，H，则根据星 敏感器在轨几何定标模型有
[0063] Rh= A h A X
[0064] 其中，
[0066] i = 1, . . . , nh-l, j = i+1, . . . , nh；
[0067] 利用观测的H张星图，构建超定方程组如下
[0068] Rk=AkAXk
[0069]其中k为迭代次数，AXk是第k次迭代的估计值％的改正数，
[0071] 执行以下步骤，
[0072]步骤3. 1，输入参数X。，y。，f,h，Pn口2的初始值，令k = 0;
[0073] 步骤3. 2,进行最小二乘估计如下，
[0074] AXk= (AkTPkAk)_1A kTPkRk-
[0075]其中，矩阵 Pk= diag(p丨，p2…pt...pKOT(A)) k且 t = 1，2...，Row(A)，Row(A)表示中矩 阵Ak行数，是夹角观测值的数量，p t为第k次迭代时对应夹角观测值的权，P k的初始值为单 位阵；
[0076]步骤3. 3,判断是否| | AXk| | > e，e为预设的正数值；
[0077]否则输出i+1=L + ，结束流程；其中，么是第k次迭代的估计值^，乂+1是 第k+1次迭代的估计值;^
[0078] 是则进入步骤3. 4;
[0079] 步骤3. 4,判断是否k > 0，
[0080] 是则更新参数+ ,然后进入步骤3. 5;
[0081] 否则直接进入步骤3. 5;
[0082] 步骤3.5,采用选权迭代的方式更新各权值pt，令k=k+1，然后返回步骤3. 2。
[0083] 而且，步骤3.5中，采用选权迭代的方式更新各权值pt实现如下，
[0084] 设满足标准正态分布，1,是各个夹角观测值的多余观测分量，1^是各个夹 VJ 角观测值的残差，t = 1，Row(