大视场星敏感器光学系统畸变校正方法

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1、2017年第1期导弹与航天运载技术No.12017总第351期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.351文章编号：1004-7182(2017)01-0103-04DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20170124大视场星敏感器光学系统畸变校正方法11111,2李建华，李志峰，牛振红，赵茜，刘佳琪（1.试验物理与计算数学国家重点实验室，北京，100076；2.北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）摘要：针对大视场星敏感器光学系统畸变较大，严重影响角距测量精度的问题，采用多项式

2、拟合算法，对研制的星敏感器进行了畸变校正，校正后的平均角度测量误差小于1″。关键词：星敏感器；畸变校正；多项式拟合中图分类号：TP333文献标识码：AADistortionCorrectionMethodforLargeField-of-viewStarSensor11111,2LiJian-hua,LiZhi-feng,NiuZhen-hong,ZhaoQian,LiuJia-qi(1.NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonTestPhysics&NumericalMathem

3、atics,Beijing100076；2.BeijingInstituteofSpaceLongMarchVehicle,Beijing,100076)Abstract:Forwidefieldofviewstarsensor，thelensdistortionwillleadthedeteriorationinattitudemeasurementaccuracy.Apolynomialfittingdistortioncorrectionmethodisproposedtocorrectthisdistortion.Byus

4、ingthismethod,theaverageanglemeasureerrorislessthan1″.Keywords:Starsensor;DistortionCorrection;Polynomialfitting0引言向矢量。根据星点在上述两个坐标系中方向矢量的对利用星敏感器修正惯性导航系统的漂移累积误差应关系，可以得到载体坐标系在惯性坐标系中的转移是实现航天器自主姿态测量的首选途径。星敏感器以矩阵，实现姿态确定。太空中的恒星作为姿态测量的参考源，通过星图识别，畸变主要影响星点在载体坐标系下的方向矢量确输出其在惯性参考

5、系中的指向，是目前航天器测量精定精度。理想的星敏感器成像模型为针孔模型，如图1[1]度最高的一种定姿设备，在民用和军用领域得到了广所示。[2]泛的应用。z大视场星敏感器是指视场在20°左右的星敏感器[3,4]，v由于视场较大，单幅星图的星点数较多，星图匹配正星点确率高，因此得到广泛使用。但同时由于视场较大，光学系统畸变引起的测量误差也很大，难以满足高精o度姿态测量的需求，必须进行畸变校正[5~8]，才能提高x星像角度测量精度。(un,vn)uy透镜1基于多项式拟合的畸变校正原理探测器面1.1星敏感器理想成像模型图1星敏感器理想成像

6、模型星敏感器定姿的基本步骤为：a）从拍摄获取的星设星敏感器的载体坐标系为（x,y,z），星光经过光图中提取星点的坐标，根据星点坐标确定星点在星敏学系统在探测器面上形成弥散斑，通过星点提取算法感器载体坐标系下的方向矢量；b）利用星图匹配方法计算其中心坐标为（un，vn），则恒星单位方位矢量在星识别探测得到的星点，确定星点在惯性坐标系下的方敏感器载体坐标系下为收稿日期：2016-04-01；修回日期：2016-07-01作者简介：李建华（1985-），男，工程师，主要研究方向为光学探测及光电对抗等技术104导弹与航天运载技术2017年

7、⎡⎤xn⎡⎤f⎡kk020⎤⎢⎥1⎢⎥⎢⎥s==yu（1）@@n⎢⎥nn222⎢⎥M=⎢⎥（6）uvf++⎢⎥zvnn⎢⎥−⎢k19k39⎥⎣⎦nn⎣⎦⎢⎥kk上述模型没有考虑畸变的影响。在工程上，一方⎣4041⎦面焦距f难以精确测量，往往是经过试验标定获得。另则式（2）、式（3）可以写成矩阵形式：YZ=UV×M（7）一方面，由于畸变的存在，中心坐标与方向矢量的关利用最小二乘原理，已知矩阵YZ和UV，可以计系不满足式（1），也需要标定。实际上往往采用两者算得到标定系数矩阵M。结合的综合实验法，重建方向矢量与星点坐标的关系。−1TT

8、1.2多项式拟合的校正原理MU=(VUVU)VYZ（8）从成像面的星像坐标点计算相应星光在星敏感器载体坐标系下的矢量，需要借助一种光学系统映射模型公2畸变测试及校正式，该公式的系数通过标定试验获得。标定试验通过1台2.1畸变测试原理及过程高精度二轴