【專利類型】外觀設計【申請人】北京藥谷傳奇醫藥科技開發有限公司【申請人類型】企業【申請人地址】100088北京市海淀區知春路20號中國醫藥大廈819室【申請人地區】中國【申請人城市】北京市【申請人區縣】海淀區【申請號】CN200630021
【摘要】 本發明屬于航天測量技術，涉及對星敏感器在軌校準方法的改進。校準的步驟如下：建立星敏感器姿態轉換矩陣；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化；本發明利用徑向排列約束，閉式求解外部參數，使得數據估計有良好穩定性；需迭代優化的參數少，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】發明授權 【申請人】北京航空航天大學 【申請人類型】學校 【申請人地址】100083北京市海淀區學院路37號 【申請人地區】中國 【申請人城市】北京市 【申請人區縣】海淀區 【申請號】CN200610140482.6 【申請日】2006-10-10 【申請年份】2006 【公開公告號】CN100348950C 【公開公告日】2007-11-14 【公開公告年份】2007 【授權公告號】CN100348950C 【授權公告日】2007-11-14 【授權公告年份】2007.0 【發明人】張廣軍; 郝雪濤; 江潔 【主權項內容】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、建立星敏感器姿態轉換矩陣； 1.1.1、建立天球坐標系和星敏感器坐標系；設0’-XnYnZn為天球坐標系，0-XYZ為星敏感器坐標系，星敏感器的姿態角由赤經α0、赤緯β0、和滾轉角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、建立星敏感器姿態轉換矩陣；從天球坐標系到星敏感器坐標系的轉換過程為：第一步，繞Zn軸轉動 角，使得Xn軸和子午面垂直；第二步，繞新的Xn軸轉動 角，使得Zn軸和Z軸一致；第三步，繞新的Zn軸轉動φ0角，使得天球坐標系和星敏感器坐標系重合，則該轉動過程的方向余弦矩陣R即為姿態轉換矩陣，表示為： 式中，s表示正弦函數，c表示余弦函數； 簡化表示為： 1.2、星敏感器徑向排列約束成像； 1.2.1、設星光方向矢量為： 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、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，0-XYZ為星敏感器坐標系，o-xy為2維靶面坐標系，П為靶面，0o之間距離為焦距，星光向量w理想透視成像點為P’，由于發生徑向畸變，實際成像點為P； 1.2.3、建立星敏感器成像模型如下： 式中，fc為焦距，k1為徑向畸變系數，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????[4] Y＝y/DY+Y0???? 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、赤緯坐標； 1.4、處理單幀星圖； 1.4.1、計算姿態矩陣R和比例因子Sx； 1.4.1.1、估計姿態矩陣R；將圖像坐標轉換到以圖像中心為原點的坐標系中，設： xd＝(X-X0)·Dx?????[5] yd＝(Y-Y0)·Dy 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 其中h1＝sxr1，h2＝sxr2，h3＝sxr3，h4＝r4，h5＝r5，h6＝r6，有： 根據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 有一個比例關系，記為 1.4.1.2、計算比例因子Sx； 姿態矩陣R為正交矩陣，因此有約束： 于是，設 為齊次方程解和真實解的比例系數，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R陣前兩行的叉積獲得，即： r7＝r2r6-r3r5，r8＝r3r4-r1r6，r9＝r1r5-r2r4????[15] 根據[12]可知，此處默認比例系數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，以當前視場內距離中心最遠的一個星作為判斷星點，設此星點序號為i，其天球坐標系內的向量為： vi＝[ni1?ni2?ni3]T 記： 設xid，yid為以主點為原點的圖像測量坐標，如果 且 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，姿態矩陣R的參數r1～6取反； 1.4.1.4、R矩陣正交化； 由于參數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 為前面計算得到姿態矩陣，正交化的目標是尋找正交矩陣R使得： 設 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k1； 根據公式[3]，利用最速下降法來優化計算焦距fc和徑向畸變系數k1，焦距fc的初始值可以通過地面校準獲得，并假設畸變k1初始值設為0，設： 求其偏導數： 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估計偏差，通過迭代計算1～3次即可獲得穩定的數值解； 1.5、進行多幀星圖的整體優化；多幀星圖的總星點數積累到80～120后，進行參數整體優化，獲得穩定的最優解，優化方法可以采用Marquardt最小二乘法。 【當前權利人】北京航空航天大學 【當前專利權人地址】北京市海淀區學院路37號 【統一社會信用代碼】12100000400011227Y 【家族被引證次數】6
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