大视场星敏感器畸变校准优化策略：仿真与精度提升

本文主要探讨了大视场星敏感器光学系统的标定技术，特别是在面对畸变问题时的解决策略。星敏感器由于其光学系统的视场较大，导致畸变效应显著，传统的最小二乘最优估计（LMS）和扩展卡尔曼滤波（EKF）方法在轨标定时往往无法精确获取标定参数。作者首先深入分析了星敏感器测量误差的来源，强调了在进行焦距标定前必须先校准光学畸变的重要性。 文章中，作者进行了两种不同假设的仿真对比，即考虑畸变和忽略畸变的情况，以突出畸变对标定精度的影响。通过仿真结果，作者指出，直接使用LMS和EKF在畸变未校正的情况下，标定焦距的精度受到明显影响。因此，提出了一个分步骤的标定方案：首先，通过像面旋转法来确定主点偏差；其次，采用高阶多项式方法来估计和校正光学畸变参数；最后，经过畸变校正后，使用优化的LMS和EKF算法进行焦距的精确定位。这种方法将标定精度提升到了3.1 μm和2.2 μm，远优于常规方法。 作者进一步展示了在处理100幅模拟星图后的实际效果，星间角距的统计偏差相对于传统在轨标定方法大幅减小，仅为1/10到1/8，这证明了提出的畸变校正和分步标定策略的有效性。 关键词包括光学器件、星敏感器、标定、控制点以及光学畸变，这些概念贯穿全文，反映了文章的核心研究内容。这篇论文提供了针对大视场星敏感器光学系统标定问题的实用解决方案，对于提升星敏感器的性能和可靠性具有重要的实践意义。