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星敏感器测量 坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统

阅读：1024发布：2020-05-13

专利汇可以提供星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统。所述星敏感器测量坐标系统到棱镜坐标系测量方法包括：通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向；确定光电自准直仪的安装位置；通过光电自准直仪对所述平面反射镜、及星敏感器基准棱镜的第一方向和/或第二方向进行自准直；分别获取坐标系第一方向绕棱镜坐标系第一方向的转动角度、坐标系第二方向绕棱镜坐标系第二方向的转动角度、以及坐标系第三方向绕棱镜坐标系第三方向的转动角度。本发明的测量方法及系统通过高精度的测量设备进行，不仅操作简单可靠，且大大提高了测量的精度。，下面是星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，其特征在于，包括：
通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向；
确定光电自准直仪的安装位置；
通过光电自准直仪对所述平面反射镜、及星敏感器基准棱镜的第一方向和/或第二方向进行自准直；
分别获取坐标系第一方向绕棱镜坐标系第一方向的转动角度、坐标系第二方向绕棱镜坐标系第二方向的转动角度、以及坐标系第三方向绕棱镜坐标系第三方向的转动角度。
2.根据权利要求1所述的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，其特征在于，所述通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向的步骤包括：
将所述平面反射镜设置于所述单星模拟器的预定距离处；
将所述单星模拟器的工作模式切换光束自准直；
调节所述平面反射镜的二维角度，使所述单星模拟器输出的光束实现自准直，以将单星模拟器的光轴引入到所述平面反射镜。
3.根据权利要求1所述的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，其特征在于，所述确定光电自准直仪的安装位置的步骤包括：
将星敏感器设置于三轴转台上；
将星敏感器基准棱镜第一方向和/或第二方向对准单星模拟器光轴指向；
将光电自准直仪设置于对准的光轴指向处。
4.根据权利要求1所述的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，其特征在于，所述分别获取坐标系第一方向绕棱镜坐标系第一方向的转动角度、坐标系第二方向绕棱镜坐标系第二方向的转动角度的步骤包括：
使星敏感器基准棱镜的第三方向与光电自准直仪保持一致；
记录在星敏感器上成像点的坐标(x0，y0)；
根据公式(1)和公式(2)获取第一方向的转动角度和第二方向的转动角度；
式中：α为测量坐标系第二方向YM绕棱镜坐标系第二方向YA的角度；β为测量坐标系第一方向XM绕棱镜坐标系第一方向XA的角度；x1，y1为星敏感器标定后得出的主点坐标；s为星敏感器探测器像元尺寸；f为星敏感器标定后得出的焦距。
5.根据权利要求1所述的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，其特征在于，所述分别获取坐标系第三方向绕棱镜坐标系第三方向的转动角度的步骤包括：
使星敏感器两边边界处采取点(x1,y1)、(x2,y2)；
根据公式(3)获取第三方向的转动角度；
式中：γ为测量坐标系第三方向ZM绕棱镜坐标系第三方向ZA的转动角度。
6.根据权利要求1所述的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，其特征在于，还包括：在通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向的步骤之前，确定所述平面反射镜、光电自准直仪、星敏感器的精度以及建立测量基准的步骤。
7.根据权利要求1所述的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，其特征在于，还包括：在获取坐标系绕棱镜的三个方向上的转动角度之后，通过至少两个星敏感器进行校验的步骤。
8.一种星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量系统，包括单星模拟器和星敏感器，其特征在于，还包括：
平面反射镜，用于确定单星模拟器光轴指向；
光电自准直仪，用于对所述平面反射镜、星敏感器的基准棱镜进行自准直。
9.根据权利要求1所述的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量系统，其特征在于，所述星敏感器设置于三轴转台上。

说明书全文

星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及宇航类星空探测技术领域，尤其涉及一种星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统。

背景技术

[0002] 星敏感器是以恒星星光为观测对象的弱光光电敏感器，对于高精度的星敏感器其测量精度可以达到3～5角秒，甚高精度可以达到1～3角秒，这对星敏感器软件算法、标定方法、光学系统安装误差带来的极大地挑战。

[0003] 现阶段，国内星敏感器机械坐标系到棱镜坐标系的安装偏差控制在90″以内，测量坐标系到棱镜坐标系安装偏差则会在300″以内，以上安装偏差都会最终传递到装星安装矩阵，影响星敏感器装星后的光轴指向，因此需要在装星前将上述角度(测量坐标系到棱镜坐标系)测量出来，提高星敏感器光轴装星精度。

[0004] 现有技术手段是以光电经纬仪作为测量基准，其误差传递精度在0.5″至2″之间，结合在测量过程中其他误差链的传递，最终测量得出的测量精度为20″，且该过程存在人眼判断、操作过程复杂，不适合高精度批量测量。

[0005] 因此，如何有效的提高测试的测量精度就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统，以有效的提高测量的精度。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，所述方法包括：

[0008] 通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向；

[0009] 确定光电自准直仪的安装位置；

[0010] 通过光电自准直仪对所述平面反射镜、及星敏感器基准棱镜的第一方向和/或第二方向进行自准直；

[0011] 分别获取坐标系第一方向绕棱镜坐标系第一方向的转动角度、坐标系第二方向绕棱镜坐标系第二方向的转动角度、以及坐标系第三方向绕棱镜坐标系第三方向的转动角度。

[0012] 在某些实施例中，所述通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向的步骤包括：

[0013] 将所述平面反射镜设置于所述单星模拟器的预定距离处；

[0014] 将所述单星模拟器的工作模式切换光束自准直；

[0015] 调节所述平面反射镜的二维角度，使所述单星模拟器输出的光束实现自准直，以将单星模拟器的光轴引入到所述平面反射镜。

[0016] 在某些实施例中，所述确定光电自准直仪的安装位置的步骤包括：

[0017] 将星敏感器设置于三轴转台上；

[0018] 将星敏感器基准棱镜第一方向和/或第二方向对准单星模拟器光轴指向；

[0019] 将光电自准直仪设置于对准的光轴指向处。

[0020] 在某些实施例中，所述分别获取坐标系第一方向绕棱镜坐标系第一方向的转动角度、坐标系第二方向绕棱镜坐标系第二方向的转动角度的步骤包括：

[0021] 使星敏感器基准棱镜的第三方向与光电自准直仪保持一致；

[0022] 记录在星敏感器上成像点的坐标(x0，y0)；

[0023] 根据公式(1)和公式(2)获取第一方向的转动角度和第二方向的转动角度；

[0024]

[0025]

[0026] 式中：α为测量坐标系第二方向YM绕棱镜坐标系第二方向YA的角度；β为测量坐标系第一方向XM绕棱镜坐标系第一方向XA的角度；x1，y1为星敏感器标定后得出的主点坐标；s为星敏感器探测器像元尺寸；f为星敏感器标定后得出的焦距。

[0027] 在某些实施例中，所述分别获取坐标系第三方向绕棱镜坐标系第三方向的转动角度的步骤包括：

[0028] 使星敏感器两边边界处采取点(x1,y1)、(x2,y2)；

[0029] 根据公式(3)获取第三方向的转动角度；

[0030]

[0031] 式中：γ为测量坐标系第三方向ZM绕棱镜坐标系第三方向ZA的转动角度。

[0032] 在某些实施例中，所述星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法还包括：在通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向的步骤之前，确定所述平面反射镜、光电自准直仪、星敏感器的精度以及建立测量基准的步骤。

[0033] 在某些实施例中，所述星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法还包括：在获取坐标系绕棱镜的三个方向上的转动角度之后，通过至少两个星敏感器进行校验的步骤。

[0034] 本发明还提供一种星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量系统，包括单星模拟器和星敏感器，所述系统还包括：

[0035] 平面反射镜，用于确定单星模拟器光轴指向；

[0036] 光电自准直仪，用于对所述平面反射镜、星敏感器的基准棱镜进行自准直。

[0037] 在某些实施例中，所述星敏感器设置于三轴转台上。

[0038] 综上所述，本发明的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统，与现有技术相比，具有以下优点：

[0039] 本发明的测量方法及系统通过高精度光电自准直仪分别向反射镜、星敏感器棱镜自准，不仅大大提高了测量的精度而且操作简便，具有非常好的重复性；同时，所述测试设备皆为标准设备，操作方便、可信度高；另外，在该测试过程中所需要的目标光源为单星模拟器，测试光源稳定(24h稳定度不少于99％)，能够真实的模拟星光成像，减少由光源产生的测试误差。附图说明

[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0041] 图1为本发明的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法的一实现方式的流程示意图；

[0042] 图2为本发明的星敏感器测量坐标系与棱镜坐标系定义；

[0043] 图3为本发明的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量系统的一实现方式的结构示意图；

[0044] 图4为本发明的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量系统的具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0045] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0046] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等关系术语(如果存在)仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

[0047] 在下述描述中，参考附图，附图描述了本发明的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明.空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

[0048] 以下结合图1～图4，以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

[0049] 图1示出了本发明的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法的一实现方式的流程示意图，图2示出了本发明中星敏感器测量坐标系与棱镜坐标系定义；以下结合图1和图2对本发明的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法做进一步详细说明。如图1所
示，所述方法包括：

[0050] 步骤S10，通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向；

[0051] 在本实施例中，所述步骤S10：通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向的步骤可以包括：将所述平面反射镜设置于所述单星模拟器的预定距离处；将所述单星模拟器的工作模式切换光束自准直；调节所述平面反射镜的二维角度，使所述单星模拟器输出的光束实现自准直，以将单星模拟器的光轴引入到所述平面反射镜。

[0052] 具体地，所述平面反射镜可以为二维可调动平面镜，例如可将二维可调动平面镜放在单星模拟器前3m附近，切换单星模拟器工作模式(由单一光源输出转变为光束自准直)，调节反射镜二维角度，使之单星模拟器输出的光束可实现自准直，此时已将单星模拟器的光轴引入到二维可调动平面镜。

[0053] 继续参考图1，执行步骤S20，确定光电自准直仪的安装位置；

[0054] 在本实施例中，所述确定光电自准直仪的安装位置的步骤包括：将星敏感器设置于三轴转台上；将星敏感器基准棱镜第一方向和/或第二方向对准单星模拟器光轴指向；将光电自准直仪设置于对准的光轴指向处。

[0055] 具体地，在该校准过程中，单星模拟器通光口径通常在能覆盖星敏感器视场的同时，不能兼顾星敏感器基准棱镜，所以在测量过程中需要通过光电自准直仪将单星模拟器光轴进行外化。

[0056] 在该步骤中，需要将星敏感器安装在转台上，将星敏感器基准棱镜XA(或YA方向)对准单星模拟器光轴指向，在此位置安放光电自准直仪。

[0057] 将星敏感器从三轴转台卸下，保持二维可调动平面镜不同，用光电自准直仪对二维可调动平面镜进行自准直，偏差在0.5″，此时已确定好光电自准直仪安装位置，并在后续测量中，保持该光电自准直仪不动。

[0058] 继续参考图1，执行步骤S30，通过光电自准直仪对所述平面反射镜、及星敏感器基准棱镜的第一方向和/或第二方向进行自准直；

[0059] 执行步骤S40，分别获取坐标系第一方向绕棱镜坐标系第一方向的转动角度、坐标系第二方向绕棱镜坐标系第二方向的转动角度、以及坐标系第三方向绕棱镜坐标系第三方向的转动角度。

[0060] 在本实施例中，所述分别获取坐标系第一方向绕棱镜坐标系第一方向的转动角度、坐标系第二方向绕棱镜坐标系第二方向的转动角度的步骤包括：

[0061] 使星敏感器基准棱镜的第三方向与光电自准直仪保持一致；

[0062] 记录在星敏感器上成像点的坐标(x0，y0)；

[0063] 根据公式(1)和公式(2)获取第一方向的转动角度和第二方向的转动角度；

[0064]

[0065]

[0066] 式中：α为测量坐标系第二方向YM绕棱镜坐标系第二方向YA的角度；β为测量坐标系第一方向XM绕棱镜坐标系第一方向XA的角度；x1，y1为星敏感器标定后得出的主点坐标；s为星敏感器探测器像元尺寸；f为星敏感器标定后得出的焦距。

[0067] 在本实施例中，所述分别获取坐标系第三方向绕棱镜坐标系第三方向的转动角度的步骤包括：

[0068] 使星敏感器两边边界处采取点(x1,y1)、(x2,y2)；

[0069] 根据公式(3)获取第三方向的转动角度；

[0070]

[0071] 式中：γ为测量坐标系第三方向ZM绕棱镜坐标系第三方向ZA的转动角度。

[0072] 在本实施例中，所述星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法还包括：在通过平面反射镜确定单星模拟器光轴指向的步骤之前，确定所述平面反射镜、光电自准直仪、星敏感器的精度以及建立测量基准的步骤。

[0073] 在实际应用中，星敏感器测量坐标系(XM、YM、ZM)到棱镜坐标系(XA、YA、ZA)校准测试前通常需要准备工作：

[0074] 首先，确定待测试设备及精度；例如光电自准直仪(精度0.2″)；二维可调动平面镜( 面型PV值优于1/20λ)；单星模拟器(准直精度优于0.2″，口径优于100mm)；

[0075] 三轴转台(定位精度优于1″，三轴正交度优于2″)；双零级大理石光学平台。

[0076] 通过确定各项设备的精度可有效的提高测量的准确性及精确度。

[0077] 然后，建立测量基准；

[0078] 第一、建立单星模拟器基准；

[0079] (1)调节莱卡经纬仪水平基准，使之与大地平行。

[0080] (2)用经纬仪瞄准单星模拟器，当星点出现在经纬仪视场范围内时，调节经纬仪方位角，使星点光斑落在经纬仪方位角中心。

[0081] (3)经纬仪保持保持不动，调节单星模拟器俯仰方向，使星点落在经纬仪俯仰角中心。

[0082] 第二、建立三轴转台基准；

[0083] 用电子水平仪确定三轴转台外框与内框与大地保持平行，精度范围为2″，此时三轴转台和单星模拟器都与大地保持平行,系统误差为2.5″。

[0084] 以上工作完成后，则具备星敏感器测量坐标系(XM、YM、ZM)到棱镜坐标系(XA、YA、ZA)校准测试工作条件。

[0085] 在本实施例中，所述星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法还包括：在获取坐标系绕棱镜的三个方向上的转动角度之后，通过至少两个星敏感器进行校验的步骤。

[0086] 为验证星敏感器测量坐标系和棱镜坐标系安装矩阵的正确性，可以将两个星敏感器安装在同一平台上，进行外场观星的试验验证。星敏B采用标准星敏感器，棱镜B坐标系和星敏B测量坐标系一致，即qiB→S＝qB→S。试验前测量出棱镜A与棱镜B之间的姿态四元数偏差为qiA→iB。

[0087] 对星敏感器安装测量完毕之后，进行观星试验：

[0088] 对两个星敏感器同时进行观星试验，星敏A输出四元数为星敏A相对于惯性系的姿态四元数QA→S，星敏B输出四元数为星敏B相对于惯性系的输出四元数QB→S。通过计算这两组输出四元数的偏差估计星敏A的棱镜测量误差xiA→A，yiA→A，ziA→A(星敏A棱镜坐标系与测量坐标系之间的偏差)。

[0089] 需要注意的是，在试验过程中要保证两台星敏感器的时间基准一致，以便在时间戳不一致的情况下进行四元数插值。根据以上两组输出四元数QA→S和QB→S以及事先测出的两个棱镜之间的姿态四元数偏差qiA→iB，求出一组反映星敏A的棱镜测量误差的四元数。其中qiB→B为[0；0；0；1]。将QiA→A化为三轴欧拉角XiA→A，YiA→A，ZiA→A

[0090] 得出的这组数据中不可避免的受到测量噪声的影响，取这组数据的平均值估计棱镜测量误差。

[0091]

[0092]

[0093]

[0094] 注意：以上假设其他误差不存在或可以忽略，如果存在其他误差，mean(XiA→A)，mean(YiA→A)，mean(ZiA→A)就是星敏A棱镜测量误差与其他误差的叠加值，若棱镜A与棱镜B相对关系qiA→iB的测量误差为Error_xiA→iB，Error_yiA→iB，Error_ziA→iB则

[0095]

[0096]

[0097]

[0098] 本实施例的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，通过高精度光电自准直仪分别向反射镜、星敏感器棱镜自准，不仅大大提高了测量的精度而且操作简便，具有非常好的重复性；同时，所述测试设备皆为标准设备，操作方便、可信度高；另外，在该测试过程中所需要的目标光源为单星模拟器，测试光源稳定(24h稳定度不少于99％)，能够真实的模拟星光成像，减少由光源产生的测试误差。

[0099] 本发明还提供一种星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量系统，如图3所示，所述系统包括单星模拟器10和星敏感器20，所述系统还包括：

[0100] 平面反射镜30，用于确定单星模拟器光轴指向；

[0101] 光电自准直仪40，用于对所述平面反射镜、星敏感器的基准棱镜进行自准直。

[0102] 在本实施例中，所述星敏感器20设置于三轴转台上。

[0103] 图4示发出本实施例的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量系统的一具体实施例的结构示意图，下面结合图3和图4对本发明的测量系统的具体工作原理做进一步详细说明。

[0104] 本实施例的测量系统在进行测量之前，需进行相应的校准测试步骤，例如星敏感器测量坐标系(XM、YM、ZM)到棱镜坐标系(XA、YA、ZA)校准测试前准备工作包括：

[0105] 首先，确定待测试设备及精度；例如光电自准直仪(精度0.2″)；二维可调动平面镜( 面型PV值优于1/20λ)；单星模拟器(准直精度优于0.2″，口径优于100mm)；

[0106] 三轴转台(定位精度优于1″，三轴正交度优于2″)；双零级大理石光学平台。

[0107] 通过确定各项设备的精度可有效的提高测量的准确性及精确度。

[0108] 然后，建立测量基准；

[0109] 第二、建立单星模拟器基准；

[0110] (1)调节莱卡经纬仪水平基准，使之与大地平行。

[0111] (2)用经纬仪瞄准单星模拟器，当星点出现在经纬仪视场范围内时，调节经纬仪方位角，使星点光斑落在经纬仪方位角中心。

[0112] (3)经纬仪保持保持不动，调节单星模拟器俯仰方向，使星点落在经纬仪俯仰角中心。

[0113] 第二、建立三轴转台基准；

[0114] 用电子水平仪确定三轴转台外框与内框与大地保持平行，精度范围为2″，此时三轴转台和单星模拟器都与大地保持平行,系统误差为2.5″。

[0115] 以上工作完成后，则具备星敏感器测量坐标系(XM、YM、ZM)到棱镜坐标系(XA、YA、ZA)校准测试工作条件。

[0116] 本实施例中，所述测量系统的具体测量步骤包括:

[0117] 1.引出单星模拟器光轴指向

[0118] 将二维可调动平面镜放在单星模拟器前3m附近，切换单星模拟器工作模式(由单一光源输出转变为光束自准直)，调节反射镜二维角度，使之单星模拟器输出的光束可实现自准直，此时已将单星模拟器的光轴引入到二维可调动平面镜。

[0119] 2.确定光电自准直仪安装位置

[0120] 在该校准过程中，单星模拟器通光口径通常在能覆盖星敏感器视场的同时，不能兼顾星敏感器基准棱镜，所以在测量过程中需要通过光电自准直仪将单星模拟器光轴进行外化。

[0121] 在该步骤中，需要将星敏感器安装在转台上，将星敏感器基准棱镜XA(或YA方向)对准单星模拟器光轴指向，在此位置安放光电自准直仪。

[0122] 将星敏感器从三轴转台卸下，保持二维可调动平面镜不同，用光电自准直仪对二维可调动平面镜进行自准直，偏差在0.5″，此时已确定好光电自准直仪安装位置，并在后续测量中，保持该光电自准直仪不动。

[0123] 3.安装星敏感器

[0124] 将星敏感器固定在三轴转台上，并连接电缆线。

[0125] 开启三轴转台，使之处于工作状态，并将中框处于铅垂状态，此时星敏感器ZM指向天空。

[0126] 控制三轴转台内框，使之光电自准直仪对星敏感器基准棱镜XA方向(或YA方向)进行自准直，偏差在0.5″。

[0127] 4.测量坐标系XM、YM绕棱镜坐标系XA、YA转动角度测量

[0128] 控制三轴转台俯仰方向，使之转动90°，此时星敏感器光轴(ZM轴)指向与单星模拟器保持一致(不考虑探测器安装偏差)。

[0129] 控制三轴转台外框，使星敏感器ZA指向与光电自准直保持一致。

[0130] 记录此时在星敏感器探测器上成像点的坐标(x0，y0)。

[0131] 并有：

[0132]

[0133]

[0134] 式中：α为测量坐标系YM绕棱镜坐标系YA的角度；

[0135] β为测量坐标系XM绕棱镜坐标系XA的角度；

[0136] x1,y1为星敏感器标定后得出的主点坐标；

[0137] s为星敏感器探测器像元尺寸；

[0138] f为星敏感器标定后得出的焦距。

[0139] 5.测量坐标系ZM绕棱镜坐标系ZA角度

[0140] 当上述工作完成后，控制转台中框在星敏感器探测器两边边界处采取点(x1,y1)、(x2,y2),并利用下式进行计算：

[0141]

[0142] 式中：γ为测量坐标系ZM绕棱镜坐标系ZA角度。

[0143] 最后，为验证星敏感器测量坐标系和棱镜坐标系安装矩阵的正确性，将两个星敏感器安装在同一平台上，进行外场观星的试验验证。星敏B采用标准星敏感器，棱镜B坐标系和星敏B测量坐标系一致，即qiB→S＝qB→S。试验前测量出棱镜A与棱镜B之间的姿态四元数偏差为qiA→iB。

[0144] 对星敏感器安装测量完毕之后，进行观星试验：

[0145] 对两个星敏感器同时进行观星试验，星敏A输出四元数为星敏A相对于惯性系的姿态四元数QA→S，星敏B输出四元数为星敏B相对于惯性系的输出四元数QB→S。通过计算这两组输出四元数的偏差估计星敏A的棱镜测量误差xiA→A，yiA→A，ziA→A(星敏A棱镜坐标系与测量坐标系之间的偏差)。

[0146] 需要注意的是，在试验过程中要保证两台星敏感器的时间基准一致，以便在时间戳不一致的情况下进行四元数插值。根据以上两组输出四元数QA→S和QB→S以及事先测出的两个棱镜之间的姿态四元数偏差qiA→iB，求出一组反映星敏A的棱镜测量误差的四元数。其中qiB→B为[0；0；0；1]。将QiA→A化为三轴欧拉角XiA→A，YiA→A，ZiA→A得出的这组数据中不可避免的受到测量噪声的影响，取这组数据的平均值估计棱镜测量误差。

[0147]

[0148]

[0149]

[0150] 注意：以上假设其他误差不存在或可以忽略，如果存在其他误差，mean(XiA→A)，mean(YiA→A)，mean(ZiA→A)就是星敏A棱镜测量误差与其他误差的叠加值，若棱镜A与棱镜B相对关系qiA→iB的测量误差为Error_xiA→iB，Error_yiA→iB，Error_ziA→iB则

[0151]

[0152]

[0153]

[0154] 本发明的星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法，与现有技术相比，具有以下优点：通过高精度光电自准直仪分别向反射镜、星敏感器棱镜自准，不仅大大提高了测量的精度而且操作简便，具有非常好的重复性；同时，所述测试设备皆为标准设备，操作方便、可信度高；另外，在该测试过程中所需要的目标光源为单星模拟器，测试光源稳定(24h稳定度不少于99％)，能够真实的模拟星光成像，减少由光源产生的测试误差。

[0155] 本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。

[0156] 如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

[0157] 上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0158] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

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星敏感器测量坐标系到棱镜坐标系测量方法及系统

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