基于星敏感器的船载雷达误差修正参数解算方法

针对动态条件下船载雷达误差修正参数标定困难的问题,提出了基于星敏感器的船载雷达误差修正参数解算方法,该方法以安装于船载雷达天线的星敏感器测角数据为比对基准。总结了船载雷达标定方法的现状,介绍了基于星敏感器的船载雷达误差修正参数解算原理,推导了船载雷达误差计算公式和误差修正参数解算模型。通过计算雷达相对星敏感器的角度残差,采用最小二乘算法实现了误差修正参数的解算。最后,通过静态与动态试验对该方法进行了验证。试验结果表明,静态条件下,该方法与传统坞内标定结果相比一致性优于15″,动态条件下的一致性优于25″,说明该方法技术上是可行的。     

基于三轴转台的多视场星敏感器标定方法

提出了一种基于三轴转台的多视场星敏感器标定方法。该方法利用转台的3个旋转自由度,无需重新安装即可对任意轴向的视场进行标定数据采集。通过对于测量模型、结构参数模型及外参数模型的建模及优化整合得到实验室标定模型。使用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法求解各视场的测量模型参数和各视场间的结构模型参数。该方法无需通过外场观星数据确定结构模型参数,大大节省了标定数据采集的工作量,也避免了大气对恒星矢量的影响引入的参数估计误差。通过一台数字三视场星敏感器的仿真试验和一台双视场星敏感器样机的实际试验验证了该方法的有效性。与基于外场观测的传统方法相比,视场内星间平均角距误差减小了20.32%,视场间星间角距平均误差减小了59.34%。     

基于星敏感器指向的船载雷达轴系误差分离模型

针对现有船载雷达动态标校方法的不足,提出了一种基于星敏感器的船载雷达轴系误差标校方法。该方法以精确的星敏感器地平指向为比对基准,解算船载雷达的轴系误差。设计了基于星敏感器的船载雷达动态标校方案,分析了船摇测量误差对雷达测角精度的影响,推导了天线座垂向变形引起的雷达测角误差修正模型。根据测量目标的不同,分别建立了联合测星与跟踪目标时的船载雷达轴系误差分离模型。最后通过联合测星试验对轴系误差分离模型进行了验证。试验结果表明,利用动态标校成果修正后的船载雷达方位、俯仰系统残差分别为3”和9”,随机残差分别为40”和45”,满足雷达轴系误差标定要求,具有较高的实用价值。     

星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法

针对目前星敏感器安装误差标定过程中存在的标定模型复杂标定测试流程繁琐等问题,提出了一种星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法。该方法根据坐标系的欧拉变换,构建了星敏感器安装误差的数学模型;根据误差模型,提出了基于三轴精密转台的安装误差三位置法地面标定策略。采用最小二乘法和三位置法进行仿真对比实验,结果表明,安装误差的三位置法标定结果比最小二乘法标定结果的稳定性提高了近10倍。三位置法还具有标定测试流程简单等优点,对提高星敏感器的使用精度具有重要参考价值。     

星敏感器地面标定设备的设计

为了实现星敏感器的地面标定试验,设计一套视场大且星间角距模拟精度高的星敏感器地面标定系统,对标定系统的组成、光学系统设计和模拟仿真精度等进行研究。根据星敏感器的地面标定要求介绍系统组成,提出实现星间角距模拟精度优于20的方法;采用新型显示器件LCOS 作为星图显示器,通过像面拼接的方法扩大视场,并据此利用Zemax 软件设计光学系统。在原有测量方法的基础上,给出地面标定设备的精度评价方法。并提出一种能够提高星间角距模拟精度的星点修正方法。实验结果表明:星敏感器地面标定设备的星间角距模拟精度小于20,满足对星敏感器进行地面标定试验的要求。     

一种星敏感器光学系统标定与引建的新方法

星敏感器以星体映射在CCD像平面上的坐标作为输入信号,信号精度受到光学系统固有误差与CCD像平面安装误差的综合影响。基于恒星参考系的星敏感器光学系统标定与引建方法,无需转台与星模拟器等大型昂贵设备支撑,以天体信标于观测历元时的精确赤道坐标为基础依据,创新性地将星敏感器不可回避的CCD像平面安装误差问题,糅合至光学系统标定过程进行解决,应用简单、方便,经试验验证:标定与引建精度能够达到角秒量级。     

大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计

为了提高星敏感器相对孔径,拓宽探测光谱范围,文中通过探测器灵敏度模型的计算,确定了星敏感器光学系统的设计参数,进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成,光谱范围为500~800 nm,焦距为50 mm,相对孔径为1/1.25,视场角为8.458.45（对角线视场角为11.96）,总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路,减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%,质心色偏差控制在2 m内,能量集中度（33像元内）大于80%,最大倍率色差为-0.073 m,轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统,焦距变化量很小,验证了无热化设计要求,镜头的成像质量良好。     

基于亚像元坐标的像素频率误差补偿方法

详细介绍了一种星敏感器像素频率误差补偿方法并结合实际实验数据对其补偿效果进行验证。首先依据阈值分割的星点提取算法,分析了像素频率误差产生的几个主要原因。然后改进原有的星点质心定位点扩散函数,提出了一种基于亚像元坐标的像素频率误差补偿方法。最后通过星敏感器微步距实验,与正弦曲线法比较。实验结果表明:在视场中心区域,使用该方法对采样点补偿后像素频率误差减少了65.2%,优于正弦曲线法的52.7%;使用视场中心的误差补偿公式对视场边缘的采样点补偿,像素频率误差减少58.7%,优于正弦曲线法的41.9%。由实验结果可得:较之于正弦曲线法,该误差修正方法不仅具有更好的误差补偿效果,而且在视场范围内具有较强的通用性。     

星敏感器误差模型及参数分析

为分析星敏感器内部各误差因素对其测量精度的影响,建立了星敏感器的理想模型和实际模型;基于几何成像理论,分析了焦距误差、主点偏移、光学镜头畸变、焦平面倾斜以及焦平面绕视轴方向的旋转等误差因素对星光成像矢量测量精度、视场内星间角距测量精度的影响,设计了测量精度评价指标,并通过仿真实验进行了定量分析,论证了不同参数误差、不同观星方位与测量精度的关系,焦距误差、主点偏移和镜头畸变是影响测量精度的主要因素,在使用时必须加以校正。     

大视场高精度静态星模拟器的光学系统设计

针对星敏感器系统的地面测试要求,设计一种大视场高精度静态星模拟器。根据静态星模拟器的工作原理,确定模拟器具有出瞳外置的准直光学系统。结合技术指标,在Zemax平台上优化设计了具有良好成像质量的光学系统,设计结果为:系统焦距99.988 mm,视场达到Φ39°,畸变小于0.1%,实现高精度静态星模拟器精确模拟星点。提出了依照光学系统像差确定星点板上各星点刻划位置的方法,避免多次刻划星点板的过程。对设计的系统进行测试,从测试结果看:设计的大视场星模拟器的成像精度达到15″,可以满足对星敏感器地面标定的使用需要。     

浦江一号卫星星敏感器在轨测量精度分析

针对星敏感器在轨运行时的精度评估问题,提出了采用历元差法、滑动窗口法和光轴夹角法综合分析的方法,分别用于评估星敏感器测量噪声,测量总误差,并基于浦江一号卫星提供的星敏感器不同类型的在轨数据进行分析计算。在轨测试结果表明:星敏感器光轴指向精度达到15（3）,满足卫星控制系统要求,其三轴稳定度达到0。01。该方法可用于星敏感器在轨测量精度评估,也可用于星敏感器地面观星精度评估。     

基于星敏感器的跟瞄系统在轨标定方法

为分析空间跟瞄机构光轴误差问题,建立了星上跟瞄系统模型,介绍了跟瞄系统不同坐标系间的转换形式,分析了跟瞄机构光轴的误差形式,提出了多星敏光轴标定算法,介绍了标定过程中的坐标转换过程和误差计算方法,通过仿真验证了算法的正确性,并比较了随机误差对光轴标定的影响,同时在引入星敏感器全天识别算法的情况下对双星敏标定算法的正确性进行了验证,对精确度进行了分析。经仿真,双星敏算法标定精确度可达25”以内,比例系数K值小于0.01,在跟瞄相机与星敏同时工作的情况下解决了跟瞄相机的在轨标定问题。     

基于数字天顶仪的时间标定方法

为了获得高精度的时间信息,常采用GPS等授时系统进行授时,但在野外等复杂环境下往往接收不到GPS等授时信息。数字天顶仪是一种高精度的天文定位仪器,采用数字天顶仪进行时间标定的研究相对较少。考虑到数字天顶仪的定位结果受恒星视位置和时间的影响,首先分别研究了时间误差及星表精度对恒星视位置的影响,然后分析了恒星视位置对数字天顶仪定位精度的影响。基于数字天顶仪的定位原理提出了一种时间标定的新方法,并得出时间标定的精度在0.025 s。实验数据的分析结果表明该时间标定的方法是可行的。     

多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测研究

为了减少多个星敏感器地面热漂移标定时受到不同安装平台的位置误差影响, 采取一种多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测方法,进行了理论分析和实验验证,取得了-25℃~60℃真空状态下系统中基准方棱镜变形的位置偏移量数据,并进行了标定位置误差精度分析。结果表明,多星敏感器位置绕各轴产生的最大偏移量分别为-39.341″/℃, -0.060″/℃, -24.137″/℃,通过建立误差检测模型对位置误差进行计算,将其从姿态测量结果的偏移量中剔除后获得更准确的星敏感器姿态测量四元数,剔除位置误差后的系统精度至少提高了11%。该研究在提高星敏感器热漂移标定精度方面具有很好的应用前景。     

低照度双目立体显著目标距离测定方法与实现

针对位置已固定的双目立体装置,提出了一种基于非平行模式测距原理的双目系统光轴-光心参数标定方法,减小了光轴-光心位置误测量带来的测距误差;为解决低照度下双目立体视觉中存在的立体匹配误匹配点多、目标识别度低的问题,采取了最大熵法结合整体光强变化的阈值选取方法提取显著目标,提高了目标识别率,搭建了显著目标测距系统.结果表明:采用文中的系统标定与阈值选取方法的双目立体视觉装置在低照度下具有较高的测距精度及目标识别率.     

基于恒星测量的船载雷达轴系误差修正参数动态标定

提出了一种动态条件下通过船载经纬仪和雷达标校电视联合测恒星,标定雷达轴系误差修正参数的数学方法,从理论上推导了相关的模型。在此基础上,通过实测数据进行了试算分析。分析结果表明:利用动态标定方法给出的船载无线电雷达轴系误差修正参数吸收了经纬仪光轴和雷达光轴之间的偏差,有效提高了雷达测角精度。     

星敏感器高阶畸变的观星标定模型

由于恒星具有很高的姿态精度,使得观星标定成为星敏感器相机参数标定中不可缺少的一种方法.针对高阶非线性畸变情况下的星敏感器相机参数标定问题进行研究,基于星间距的不变性建立了一个两步标定模型.设计了一个紧致的递归均值滤波器来进行参数估计,该滤波器可以在不显著增加计算量的情况下提高参数估计的精度.实验结果表明,相比已有方法,所提出的方法能够实现更高精度的星敏感器相机标定.     

基于粒子群算法的星敏感器光学误差标定方法

针对星敏感器光学误差两步法标定局部寻优能力强,但标定结果受初值影响大的问题,基于粒子群算法,提出一种改进的星敏感器光学误差参数标定方法。该方法首先利用粒子群算法全局搜索能力强的优点,为光学误差的两步法标定提供一组次优的初值条件,然后将其代入两步法中,得到标定值。仿真结果表明:该方法能够有效解决两步法标定受初值条件影响大的不足,并能够提高标定结果的稳定性。     

拍星残差数据相关性分析的大气折光差修正

靶场通常采用夜间静态拍星的方式检测光电经纬仪的静态测角总误差。受大气折射率变化的影响,俯仰方向测角数据通常采用大气折光差经验公式进行修正。不同地区和时间的大气环境差异使得该经验公式存在较大误差,导致拍星解算得到的俯仰方向测角误差偏大,且影响俯仰方向测角误差因素的进一步分离。为此,提出了一种基于多台光电经纬仪同步拍星数据相关性分析的大气折光差修正方法。基于经纬仪拍星方位角和俯仰角测量残差模型推导得到了大气折光差修正误差模型。根据该误差模型,利用分布在同一区域不同点位的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据,采用最小二乘法拟合得到大气折光差的修正系数并修正俯仰角测量残差数据。实测数据表明：采用该方法对俯仰角测量残差进行大气折光差修正后,光电经纬仪俯仰角测角总误差显著降低,且由垂直轴倾斜误差修正错误引起的方位角和俯仰角残差特性得以显现。文中提出的方法无需使用探空气球等获取大气参数,即可对同一地域分布的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据进行修正,修正后的数据可用于进一步分离其他误差因素,具有较强的工程应用价值。