一种基于地标的星敏感器低频误差在轨校正方法

针对星敏感器低频误差影响卫星姿态确定精度的问题,根据有效载荷提供的地标信息,提出了一种星敏感器低频误差的实时在轨标定算法。文章给出了地标信息的测量误差模型并以其作为观测量,采用状态扩维的方式,建立了星敏感器低频误差的在轨校正系统模型。根据在轨校正系统模型的特点,推导了简化的平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法,有利于其在轨实时运行。仿真结果验证了文章提出算法的有效性,研究结果可为高精度的姿态确定系统设计提供参考。     

星敏感器自主在轨标定算法

在星敏感器在轨测量的星像点偏移和星敏感器光学透镜焦距变化条件下研究了一种自主在轨标定算法.由最小二乘最优估计法在轨标定星敏感器星像点偏移和光学透镜焦距变化,以最小二乘最优估值为量测,用卡尔曼滤波算法设计了星敏感器在轨自主标定模型.仿真结果表明:该算法可准确标定星敏感器星像点偏移和透镜焦距变化.     

捷联惯导/星敏感器组合系统的在轨自标定方法研究

研究了捷联惯导/星敏感器组合系统中对陀螺仪和星敏感器进行在轨自标定的方法。分析捷联惯导系统和星敏感器的误差源,对陀螺仪随机漂移和星敏感器安装误差进行建模并列入系统状态,建立系统状态方程;利用捷联惯导输出的载体位置、姿态与星敏感器输出的姿态矩阵来构造量测,建立量测方程。设计卡尔曼滤波算法,经过滤波计算获得陀螺仪随机常值漂移和星敏感器安装误差的估计值,从而实现组合系统的在轨自标定。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波的在轨自标定方法能够标定出85%以上的陀螺仪随机常值漂移和95%以上的星敏感器安装误差。     

考虑卫星轨道运动和像移影响的星敏感器星图模拟方法

星图模拟技术是星图识别算法和星敏感器性能测试的基础.提出一种新的高精度星图模拟方法.该方法分为三个步骤:首先,利用两行轨道数据(TLE,Two-Line Orbital Element)与简化常规/深空扰动的近似解模型(SGP4/SDP4)计算出卫星在轨运行参数,进而获得卫星姿态矩阵;然后,根据星敏感器的方位和俯仰角度,确定星敏感器视场中的导航星及星敏感器安装矩阵,利用小孔成像模型,获得导航星在星敏感器成像面的投影位置;最后,为更准确模拟实际星像点的灰度扩散,在考虑卫星运动引起的恒星像移的基础上,按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素.在此基础上,还详细分析了不同曝光时间下,恒星像移对恒星位置测量的影响.     

一种行星车视觉导航系统的立体校正算法

针对行星车软着陆过程中,视觉导航系统参数变化后星面再标定难度大的问题,在传统立体校正算法基础上提出了一种适用于行星车视觉导航的弱标定立体校正算法。算法利用地面标定结果和对应匹配点进行优化计算,约束校正矩阵形式,保证了校正结果为以光心为投影点的单应变换,并进一步简化参数,降低计算复杂度。在理论上证明了算法的正确性,实验验证了算法的有效性。实验结果表明,算法校正结果与已知相机内、外参数的欧几里德校正方法性能相当,校正误差和校正畸变均较小,满足行星车视觉导航系统要求。     

基于扩展卡尔曼滤波的星敏感器在轨几何标定

星敏感器在轨几何标定是消除其系统测量误差,提高姿态确定精度的有效手段之一。目前利用星对角距相等进行星敏感器在轨标定时,大多采用最小二乘求得全局最优的静态待标定参数,但没有完全反映出恒星相机工作期间受外太空环境变化导致内部参数发生的微小动态变化。为了进一步提高星敏感器参数的在轨标定精度,文章在对星图识别结果预处理的基础上,引入扩展卡尔曼滤波对当前星图时刻对应的相机参数进行实时标定,动态获取当前最优参数值。利用该文所提方法对"资源三号"01/02星国产星敏感器进行在轨标定,试验结果表明所提方法能够有效标定当前星敏感器的参数误差,其精度优于传统的最小二乘标定方法,验证了该方法具有更好的适应性和可靠性,为星敏感器的在轨几何标定提供了一种技术参考,可用于卫星在轨实时标定或地面卫星姿态后处理。     

利用分步Kalman滤波器的自主定轨信息融合算法

将星敏感器/红外地平仪的天文定轨信息与星间观测进行信息融合是消除基于星间链路自主定轨中星座整体旋转问题的有效途径。针对两种定轨方法精度相差较大导致融合效果较差的问题,提出了一种分步 Kalman 滤波算法。该算法利用星敏感器观测信息能够有效修正旋转参数的特点,将星敏感器观测信息和星间观测信息进行分步处理和最优信息融合以消除自主定轨算法中存在的星座整体旋转误差,提高定轨精度。通过对Walker星座的仿真表明,利用提出的分步Kalman滤波信息融合算法,星座自主定轨60天后星座URE误差能够稳定在 1.5米 以内,且能有效消除星座整体旋转误差。     

微型星敏感器镜头参数优化

为了适应星敏感器微型化的需要,推导了星等探测灵敏度模型,给出了星敏感器可探测恒星数公式,分析了星敏感器镜头各参数间的关系,分别计算出焦距为35mm和16mm镜头的视场大小、探测星等和可探测恒星数目。结果表明:16mm镜头比35mm镜头体积和重量减小1/4,有利于星敏感器的微型化。     

线扫描相机标定及畸变矫正方法

线扫描相机由于其高分辨率以及高数据处理效率的优势,使得其在测量领域的应用越来越广泛。但线扫描相机也会因光学系统畸变的存在影响成像的几何位置精度,造成图像的失真。文章面向线扫描相机标定及畸变矫正的应用需求,提出一种将一维数据映射到二维数据而不改变原始数据的方法,以利用面阵相机的标定方法来标定线扫描相机。在标定过程中,采用新型的标定板来创建世界坐标系与图像坐标系之间的关系。文章利用数字图像处理的方法,对光学镜头自身畸变进行标定和矫正,基本消除了由于图像变形而产生的测量误差,有效解决了由于镜头畸变而降低图像中物体的几何位置精度的问题。     

行扫描光学遥感器扫描参数对遥感图像定位结果影响模型

定量分析了定位模型中输入参数误差与定位误差关系,提出了一种结果的校正方法。根据图像定位结果实际的偏离规律选择定位模型中能校正该偏离的参数,修改该参数达到校正定位结果以实现精准定位。建立了极轨气象卫星行扫描光学遥感仪器的像元定位数学模型,分析了遥感器扫描参数偏差对定位结果的影响,给出了定量的定位偏差计算公式,为遥感器定位结果的校正提供了理论模型,可为遥感器设计的误差控制提供参考。     

面阵CCD电子线路在星敏感器设计中的应用

本文阐述了星敏感器的工作原理和系统要求，讨论了面阵ＣＣＤ在星敏感器中的应用方法，提出了星敏感器关键敏感器件的线路实现方案，对星敏感器硬件电路的设计进行了分析和研究，并在此基础上对实际电路进行了测试，分析了测试结果。     

一种标定相机内方位元素的迭代算法

为优化自标定技术解算内方位元素数学模型,阐述了一种利用自标定技术进行相机内方位元素标定的迭代算法。内方位元素结果优化采用牛顿—拉夫逊迭代算法,在保证计算效率的同时能够获得较高的精度。B双空间几何理论建立于正方形在物、像两空间的射影几何关系,利用二维棋盘格标定图像中点、线、面间固有的几何关系得到迭代算法初值;采用包含3个径向和2个切向畸变系数的畸变模型能够更好地表达镜头畸变情况;标定方法操作过程简单、实验误差小。为与张氏标定法进行比较,对使用张氏标定法的图像数据进行实验,得到与其相同标定精度的实验结果,验证了基于B双空间几何法的自标定方法的正确性和可行性。     

航天器舱内星敏感器简化热分析方法及在轨验证

一般返回类航天器的星敏感器安装于舱内,通过光窗实现在轨应用。安装于舱内的星敏感器在轨热仿真鲜有人研究,舱内与舱外星敏感器的热仿真边界不同,且需要考虑安装于航天器舱板上的光窗对星敏感器计算温度的影响。文章提出舱内星敏感器的热仿真简化处理方法,即利用局部精细模型准确求解透过光窗到达星敏感器各个位置上的外热流,再配合整器热模型准确求解舱内星敏感器温度,不需要修改整器热模型,保证航天器研制进度的同时,实现了星敏感器在轨温度的精确仿真。分析结果与在轨飞行温度数据比对后一致性良好,可为舱内星敏感器在轨热分析提供工程借鉴。     

利用偏移矩阵提高CBERS图像预处理几何定位精度的方法研究

偏移矩阵是指由于传感器与卫星平台之间的安装偏差而导致的传感器坐标系与卫星平台坐标系之间的旋转矩阵 ,用于校正传感器与卫星平台坐标系之间不重合而导致的成像偏差。针对CBERS卫星数据处理系统只能使用星上下传姿态和星历数据进行预处理 ,而这些姿态和星历数据也可能存在系统误差的情况 ,我们把预处理图像所有引入误差 ,包括系统安装误差、姿态和星历数据误差、地面处理模型误差等 ,综合导致的成像偏差 ,归结为一个旋转矩阵来校正 ,该旋转矩阵定义为偏移矩阵。当系统成像存在一个较大的系统误差时 ,把该偏移矩阵代入几何校正处理模型中 ,可以得到很好的校正效果。文章方法在CBERS卫星的在轨测试中得到实施并取得较好的效果 ,增加偏移矩阵校正后 ,图像预处理几何定位精度得到显著提高     

CCD太阳敏感器误差分析与补偿

介绍了星载CCD太阳敏感器的工作原理,用空间几何模型阐述了线阵CCD太阳敏感器测量两轴姿态信息的方法,进行了误差分析,建立了系统的误差补偿模型。通过标定试验,确定了模型参数,进行了物理补偿,同时针对系统的残差,提出了数学补偿的方法。测试结果表明敏感器实现了较高的测量精度,验证了误差补偿方法的有效性。     

基于改进遗传算法的星图畸变校正方法

由于光学成像系统的非线性几何畸变,使得星敏感器所获星图与理想星图有一定的差别,为完成高精度定姿,必须对畸变星图进行校正.首先,介绍了光学系统的畸变原理,并建立了以径向几何畸变为主的星图畸变模型.之后引入改进遗传算法对畸变参数进行了优化:采用引进成长算子的二进制编码,避免了算法陷入伪极值;通过改进适应度函数和适时调整变异...     

空间遥感智能载荷及其关键技术

针对空间对地遥感观测任务对遥感器高分辨率和灵活性的需求,文章提出并介绍了智能空间光学载荷技术。所研制的新型载荷系统的设计思想是将微型高精度星敏感器、MEMS陀螺仪、高分辨率光学相机进行一体化设计,全面提高在轨成像时相机姿态实时性测量精度及各组件数据深耦合性。应用实时定姿定位、动态像速匹配及像差追踪校正,图像非盲反卷积等自主研究开发的最新理论和技术成果,实现遥感器在轨智能化高分辨率成像。根据智能载荷的技术特点开展了相关原理样机标定和测试技术的研究。     

利用偏移矩阵提高CBERS图像预处理几何定位精度的方法研究

偏移矩阵是指由于传感器与卫星平台之间的安装偏差而导致的传感器坐标系与卫星平台坐标系之间的旋转矩阵，用于校正传感器与卫星平台坐标系之间不重合而导致的成像偏差。针对CBERS卫星数据处理系统只能使用星上下传姿态和星历数据进行预处理，而这些姿态和星历数据也可能存在系统误差的情况，我们把预处理图像所有引入误差，包括系统安装误差、姿态和星历数据误差、地面处理模型误差等，综合导致的成像偏差，归结为一个旋转矩阵来校正，该旋转矩阵定义为偏移矩阵。当系统成像存在一个较大的系统误差时，把该偏移矩阵代入几何校正处理模型中，可以得到很好的校正效果。文章方法在CBERS卫星的在轨测试中得到实施并取得较好的效果，增加偏移矩阵校正后，图像预处理几何定位精度得到显著提高。     

考虑地球敏感器误差的自主导航方法研究

为减小自主导航过程中地球红外辐射误差及地敏安装误差的影响,以星敏感器和地球敏感器的测量作为导航信息,提出了一种捷联惯导/天文信息组合的自主导航方案。针对地球大气辐射不均匀和地球敏感器安装误差对确定地心矢量的不利影响,建立了地球红外辐射亮度与等效地平高度的关系。利用这一关系,给出了对地球敏感器测量修正的函数关系以及地球敏感器安装误差估计方法。以恒星矢量和地心矢量的星间角距作为量测,采用批处理最小二乘方法对弹道导弹的导航信息进行了估计。仿真结果表明:通过对辐射误差的补偿可大幅提高自主导航的精度,验证了补偿方法的可行性和导航算法的有效性。研究为工程应用中修正地球红外辐射误差提供了一种新思路。     

平台单星复合制导方法研究

为了提高武器命中精度,开展了平台单星复合制导方法研究。通过建立星敏感器观测量、平台失调角与落点偏差之间的联系,构建星光修正模型;同时利用数值寻优方法确定最佳星方位。仿真证实,平台单星制导方法能够有效降低制导工具误差,是提高导弹命中精度的有效手段。