一種船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角標(biāo)定方法
【專(zhuān)利摘要】一種船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角標(biāo)定方法，涉及航天器姿態(tài)控制地面應(yīng)用領(lǐng)域，解決船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角標(biāo)定方法，本發(fā)明方法為：一、船進(jìn)塢坐墩條件下，標(biāo)校經(jīng)緯儀標(biāo)定零位差、照準(zhǔn)差，星敏感器標(biāo)定主點(diǎn)、焦距及光學(xué)畸變等參數(shù)；二、由標(biāo)校經(jīng)緯儀解算船體姿態(tài)矩陣；三、星敏感器測(cè)星獲得J2000.0坐標(biāo)系下姿態(tài)矩陣，再經(jīng)過(guò)歲差、章動(dòng)、自轉(zhuǎn)、極移、船位修正，得到星敏感器在慣導(dǎo)地平系下姿態(tài)矩陣；四、求解慣導(dǎo)地平系下星敏感器姿態(tài)角，選擇蒙氣差模型進(jìn)行俯仰角修正，重構(gòu)姿態(tài)矩陣；五、計(jì)算星敏感器安裝矩陣，解算安裝角。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)控制地面應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及星敏感器安裝角的標(biāo)定方法。根據(jù)星敏感器姿態(tài)確定算法原理，精確標(biāo)定船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角。
【背景技術(shù)】
[0002]星敏感器是一種以恒星為參考基準(zhǔn)的高精度姿態(tài)敏感器，通過(guò)探測(cè)天球上不同位置的恒星進(jìn)行結(jié)算，具有自主導(dǎo)航能力，在各種飛行器的控制系統(tǒng)和姿態(tài)測(cè)量過(guò)程中起著重要的作用。星敏感器具有隱蔽性好、適用范圍廣、可靠性高、精度高、可獨(dú)立自主全天候工作的特點(diǎn)。
[0003]我國(guó)航天測(cè)量船采用單站定位體制，測(cè)控設(shè)備以船舶為平臺(tái)，其測(cè)量是在動(dòng)態(tài)條件下，設(shè)備的位置、姿態(tài)在不停地變化，必須在測(cè)量設(shè)備跟蹤被測(cè)目標(biāo)的同時(shí)，對(duì)船的位置和姿態(tài)進(jìn)行同步測(cè)量。目前航天測(cè)量船裝備了較多的導(dǎo)航設(shè)備，如慣性導(dǎo)航設(shè)備(INS)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位設(shè)備(GPS)、天文導(dǎo)航(CNS)、多普勒計(jì)程儀(DVL)等，這些設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)，但沒(méi)有一種導(dǎo)航設(shè)備能完全滿(mǎn)足航天測(cè)量船的任務(wù)需求。星敏感器作為高精度天文敏感器，具有較高的姿態(tài)測(cè)量精度，可達(dá)10 "以?xún)?nèi)。在利用星敏感器測(cè)量船體姿態(tài)前，必須對(duì)其安裝角進(jìn)行精確標(biāo)定，在實(shí)際應(yīng)用中，星敏感器安裝誤差可達(dá)角分級(jí)，嚴(yán)重影響了星敏感器的測(cè)量精度。現(xiàn)階段多采用經(jīng)緯儀激光測(cè)量光學(xué)棱鏡夾角方法，但該類(lèi)方法復(fù)雜且測(cè)量精度低，不能充分發(fā)揮星敏感器自身高精度測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是降低星敏感器安裝誤差對(duì)星敏感器測(cè)量船姿精度的影響，提出了一種船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角標(biāo)定方法。
[0005]船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角標(biāo)定方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0006]步驟一、船進(jìn)塢坐墩條件下，精確標(biāo)定船載標(biāo)校經(jīng)緯儀的定零位差、照準(zhǔn)差的軸系
誤差;
[0007]步驟二、采用步驟一標(biāo)定后的船載標(biāo)校經(jīng)緯儀確定測(cè)量船航向角;采用高精度水平儀標(biāo)定全船水平基準(zhǔn)縱搖角Ψ ?和橫搖角Θ胃，獲得船體姿態(tài)矩陣Rtl;
[0008]步驟三、對(duì)星敏感器進(jìn)行標(biāo)定，具體包括標(biāo)定星敏感器的主點(diǎn)、焦距及光學(xué)畸變的參數(shù)；星敏感器測(cè)星，經(jīng)星圖識(shí)別，獲得N顆恒星在J2000.0坐標(biāo)系下的參考矢量V1~Vn,以及恒星在星敏感器坐標(biāo)系下的觀測(cè)矢量W1~Wn ;由星敏感器姿態(tài)確定原理，解算星敏感器在J2000.0坐標(biāo)系下的姿態(tài)矩陣，對(duì)所述星敏感器在J2000.0坐標(biāo)系下姿態(tài)矩陣經(jīng)歲差、
章動(dòng)、自轉(zhuǎn)、極移、船位修正，獲得星敏感器在慣導(dǎo)地平系下姿態(tài)矩陣Μ? ;
[0009]步驟四、對(duì)步驟三獲得的姿態(tài)矩陣經(jīng)蒙氣差修正，獲得重構(gòu)后的星敏感器在慣導(dǎo)地平系下姿態(tài)矩陣M=;[0010]步驟五、計(jì)算星敏感器的安裝矩陣Rbs，所述星敏感器的安裝矩陣Rb為星敏感器
坐標(biāo)系到甲板坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換矩陣R1 =(M'I) u尺)；采用統(tǒng)計(jì)方法求平均方法，獲得
星敏感器在甲板坐標(biāo)系下的安裝方位角A、俯仰角E和橫滾角Y，實(shí)現(xiàn)對(duì)星敏感器安裝角的標(biāo)定；
【權(quán)利要求】
1.一種船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角標(biāo)定方法，其特征是，該方法包括以下步驟: 步驟一、船進(jìn)塢坐墩條件下，精確標(biāo)定船載標(biāo)校經(jīng)緯儀的定零位差、照準(zhǔn)差的軸系誤差; 步驟二、采用步驟一標(biāo)定后的船載標(biāo)校經(jīng)緯儀確定測(cè)量船航向角;采用高精度水平儀標(biāo)定全船水平基準(zhǔn)縱搖角Ψ Λ和橫搖角Θ ?，獲得船體姿態(tài)矩陣Rtl; 步驟三、對(duì)星敏感器進(jìn)行標(biāo)定，具體包括標(biāo)定星敏感器的主點(diǎn)、焦距及光學(xué)畸變的參數(shù)；星敏感器測(cè)星，經(jīng)星圖識(shí)別，獲得N顆恒星在J2000.0坐標(biāo)系下的參考矢量V1~VN，以及恒星在星敏感器坐標(biāo)系下的觀測(cè)矢量W1~Wn ;由星敏感器姿態(tài)確定原理，解算星敏感器在J2000.0坐標(biāo)系下的姿態(tài)矩陣，對(duì)所述星敏感器在J2000.0坐標(biāo)系下姿態(tài)矩陣經(jīng)歲差、章動(dòng)、自轉(zhuǎn)、極移、船位修正，獲得星敏感器在慣導(dǎo)地平系下姿態(tài)矩陣; 步驟四、對(duì)步驟三獲得的姿態(tài)矩陣％ 4蒙氣差修正，獲得重構(gòu)后的星敏感器在慣導(dǎo)地平系下姿態(tài)矩陣； 步驟五、計(jì)算星敏感器的安裝矩陣所述星敏感器的安裝矩陣^為星敏感器坐標(biāo)系到甲板坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換矩陣；K=(mI) 1 *尺采用統(tǒng)計(jì)方法求平均方法，獲得星敏感器在甲板坐標(biāo)系下的安裝方位角A、俯仰角E和橫滾角Y，實(shí)現(xiàn)對(duì)星敏感器安裝角的標(biāo)定；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船載大視場(chǎng)高精度星敏感器的安裝角標(biāo)定方法，其特征在于，步驟二中所述的標(biāo)定后的船載標(biāo)校經(jīng)緯儀通過(guò)測(cè)星或瞄方位標(biāo)的方法，確定測(cè)量船航向角κΛ。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK103913180SQ201410116750
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】郭敬明, 何昕, 魏仲慧, 何家維, 張磊, 張同雙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所