【專利類型】外觀設(shè)計【申請人】聶小洋【申請人類型】個人【申請人地址】100041北京市石景山區(qū)東下莊路26號【申請人地區(qū)】中國【申請人城市】北京市【申請人區(qū)縣】石景山區(qū)【申請?zhí)枴緾N200630124161.8【申請日】2006-08-10
【摘要】 本發(fā)明屬于航天測量技術(shù)，涉及對星敏感器在軌 校準方法的改進。校準的步驟如下：建立星敏感器姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩 陣；星敏感器徑向排列約束成像；進行圖像采集和星圖識別； 處理單幀星圖；進行多幀星圖的整體優(yōu)化；本發(fā)明利用徑向排 列約束，閉式求解外部參數(shù)，使得數(shù)據(jù)估計有良好穩(wěn)定性；需 迭代優(yōu)化的參數(shù)少，計算速度快；徑向畸變代表了主要畸變， 計算精度較高。 【專利類型】發(fā)明申請 【申請人】北京航空航天大學 【申請人類型】學校 【申請人地址】100083北京市海淀區(qū)學院路37號 【申請人地區(qū)】中國 【申請人城市】北京市 【申請人區(qū)縣】海淀區(qū) 【申請?zhí)枴緾N200610140482.6 【申請日】2006-10-10 【申請年份】2006 【公開公告號】CN1923621A 【公開公告日】2007-03-07 【公開公告年份】2007 【授權(quán)公告號】CN100348950C 【授權(quán)公告日】2007-11-14 【授權(quán)公告年份】2007.0 【發(fā)明人】張廣軍; 郝雪濤; 江潔 【主權(quán)項內(nèi)容】1、基于徑向排列約束的星敏感器在軌校準方法，其特征在于，校準的步驟如下： 1.1、建立星敏感器姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣； 1.1.1、建立天球坐標系和星敏感器坐標系；設(shè)O’-XnYnZn為天球坐標系，O-XYZ為星敏感器坐標系，星敏感器的姿態(tài)角由赤經(jīng)α0、赤緯β0、和滾轉(zhuǎn)角φ0組成，這里α0為Z軸在XnYn面上的投影與Xn軸的夾角；β0為Z軸與它在XnYn面上的投影之間的夾角；φ0為子午面和XY面交線與Y軸的夾角； 1.1.2、建立星敏感器姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣；從天球坐標系到星敏感器坐標系的轉(zhuǎn)換過程為：第一步，繞Zn軸轉(zhuǎn)動 角，使得Xn軸和子午面垂直；第二步，繞新的Xn軸轉(zhuǎn)動 角，使得Zn軸和Z軸一致；第三步，繞新的Zn軸轉(zhuǎn)動φ0角，使得天球坐標系和星敏感器坐標系重合。則該轉(zhuǎn)動過程的方向余弦矩陣R即為姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣，表示為： 式中，s表示正弦函數(shù)，c表示余弦函數(shù)； 簡化表示為： 1.2、星敏感器徑向排列約束成像； 1.2.1、設(shè)星光方向矢量為： 其中w1，w2，w3分別為星光矢量在天球坐標系Xn，Yn，Zn軸的投影，α，β為恒星的赤經(jīng)、赤緯坐標； 1.2.2、星光在星敏感器的圖像傳感器靶面上投影成像，O-XYZ為星敏感器坐標系，o-xy為2維靶面坐標系，∏為靶面，Oo之間距離為焦距，星光向量w理想透視成像點為P’，由于發(fā)生徑向畸變，實際成像點為P； 1.2.3、建立星敏感器成像模型如下： [3] 式中，fc為焦距，k1為徑向畸變系數(shù)，x，y為靶面坐標系坐標，當采集硬件獲得圖像后有： X＝Sx·x/DX+X0 Y＝y(tǒng)/DY+Y0???????????????[4] 式中，Sx為采樣比例因子，DX，DY表示像素中心間距離，X0，Y0為圖像中心，攝像機的主點坐標采用地面校準得到的主點坐標； 1.3、進行圖像采集和星圖識別；星敏感器在軌采集圖像時，間隔1秒采集一幀圖像，連續(xù)采集10～20幀圖像；利用魯棒性強的星圖識別方法，對星圖中的恒星進行識別，獲得每顆恒星的赤經(jīng)、赤緯坐標； 1.4、處理單幀星圖； 1.4.1、計算姿態(tài)矩陣R和比例因子Sx； 1.4.1.1、估計姿態(tài)矩陣R；將圖像坐標轉(zhuǎn)換到以圖像中心為原點的坐標系中，設(shè)： xd＝(X-X0)·Dx yd＝(Y-Y0)·Dy????????????????[5] 這里，X，Y為以像素為單位的恒星圖像坐標，X0，Y0為以像素為單位的星敏感器主點坐標，Dx，Dy為圖像傳感器像元在x，y方向的尺寸，單位毫米； 根據(jù)徑向排比不變原理，有： sxr1w1+sxr2w2+sxr3w3＝xdr4w1+xdr5w2+xdr6w3????[7] 利用奇異值分解方法求解齊次方程， 由上式得到： ydw1sxr1+ydw2sxr2+ydw3sxr3-xdw1r4-xdw2r5-xdw3r6＝0????[8] 設(shè) 其中h1＝sxr1，h2＝sxr2，h3＝sxr3，h4＝r4，h5＝r5，h6＝r6，有： 根據(jù)每一個采樣點都可以得到上式，于是它們可以組成齊次方程： 該齊次方程的解為A矩陣的最小奇異值對應的右奇異值向量，該解向量和 有一個比例關(guān)系，記為 1.4.1.2、計算比例因子Sx； 姿態(tài)矩陣R為正交矩陣，因此有約束： [11] 于是，設(shè) 為齊次方程解和真實解的比例系數(shù)，即 得到： 1.4.1.3、計算r1～9；從齊次解可以得到： r7，r8和r9可以根據(jù)R陣前兩行的叉積獲得，即： r7＝r2r6-r3r5，r8＝r3r4-r1r6，r9＝r1r5-r2r4????[15] 根據(jù)[12]可知，此處默認比例系數(shù)c為正，實際上c有可能為負，因此需要進一步判斷c的符號。以當前視場內(nèi)距離中心最遠的一個星作為判斷星點，設(shè)此星點序號為i，其天球坐標系內(nèi)的向量為： vi＝[ni1?ni2?ni3]T 記： [16] 設(shè)xid，yid為以主點為原點的圖像測量坐標，如果sign(xi)＝sign(xid)且sign(yi)＝sign(yid)，則表示估計投影位置和實際投影位置在同一象限，c符號為正；否則c符號為負，姿態(tài)矩陣R的參數(shù)r1～6取反； 1.4.1.4、R矩陣正交化； 由于參數(shù)r1～6是通過解齊次方程求出，因此需要對R矩陣進行正交化處理，設(shè) 為前面計算得到姿態(tài)矩陣，正交化的目標是尋找正交矩陣R使得： 設(shè) 陣的奇異值分解為USVT，于是可以求出正交矩陣R＝UVT； 1.4.2、計算焦距fc和徑向畸變系數(shù)k1； 根據(jù)公式[3]，利用最速下降法來優(yōu)化計算焦距fc和徑向畸變系數(shù)k1，焦距fc的初始值可以通過地面校準獲得，并假設(shè)畸變k1初始值設(shè)為0，設(shè)： [18] 求其偏導數(shù)： [19] 這里， 稱為敏感向量，所有該星圖星點組成敏感矩陣，將估計點和測量點帶入，即可求出焦距估計偏差和徑向畸變系數(shù)估計偏差，通過迭代計算1～3次即可獲得穩(wěn)定的數(shù)值解； 1.5、進行多幀星圖的整體優(yōu)化；多幀星圖的總星點數(shù)積累到80～120后，進行參數(shù)整體優(yōu)化，獲得穩(wěn)定的最優(yōu)解，優(yōu)化方法可以采用Marquardt最小二乘法。 【當前權(quán)利人】北京航空航天大學 【當前專利權(quán)人地址】北京市海淀區(qū)學院路37號 【統(tǒng)一社會信用代碼】12100000400011227Y 【被引證次數(shù)】TRUE 【家族被引證次數(shù)】TRUE
未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載：http://m.mhvdw.cn/1776299366.html
喜歡就贊一下
