雙星敏感器聯(lián)合確定載體姿態(tài)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙星敏感器聯(lián)合確定船體姿態(tài)的方法，屬于天文導(dǎo)航領(lǐng)域。方法包括以下步驟：一是星敏感器基于恒星參考矢量的蒙氣差修正方法，即通過修正恒星參考矢量實(shí)現(xiàn)蒙氣差的修正；二是基于聯(lián)合雙星敏感器恒星觀測(cè)矢量的船體姿態(tài)確定方法，即將雙星敏感器兩個(gè)視場(chǎng)中每顆可識(shí)別恒星的觀測(cè)矢量聯(lián)合為觀測(cè)矢量矩陣，最終與對(duì)應(yīng)的恒星參考矢量矩陣完成船體姿態(tài)解算。本發(fā)明在簡(jiǎn)化星敏感器蒙氣差修正算法的基礎(chǔ)上，同時(shí)提高雙星敏感器獲取船體姿態(tài)的能力。主要內(nèi)容涉及基于恒星參考矢量的蒙氣差修正方法和基于聯(lián)合雙星敏感器恒星觀測(cè)矢量的船體姿態(tài)確定方法兩個(gè)方面。
【專利說明】雙星敏感器聯(lián)合確定載體姿態(tài)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種雙星敏感器聯(lián)合確定船體姿態(tài)的方法。屬于天文導(dǎo)航領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器以恒星為參照物，由探測(cè)單元在某一時(shí)刻對(duì)天空完成星圖捕獲，經(jīng)過數(shù) 據(jù)處理單元對(duì)星圖進(jìn)行恒星質(zhì)心提取、星圖識(shí)別、恒星跟蹤、姿態(tài)計(jì)算等一系列處理，最終 獲得星敏感器相對(duì)慣性空間的高精度姿態(tài)信息，是一種高精度的姿態(tài)測(cè)量裝置。目前星敏 感器廣泛應(yīng)用于航空航天飛行器姿態(tài)測(cè)量，隨著高精度大視場(chǎng)星敏感器技術(shù)的成熟，星敏 感器已經(jīng)能夠完成船體姿態(tài)測(cè)量。為了提高船體姿態(tài)測(cè)量精度，星敏感器通常采用雙星敏 感器聯(lián)合工作模式，蒙氣差修正方法和聯(lián)合姿態(tài)確定方法是雙星敏感器應(yīng)用于船體姿態(tài)測(cè) 量的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 關(guān)于蒙氣差修正方法，一般是對(duì)觀測(cè)矢量進(jìn)行修正，但該方法需要獲取觀測(cè)矢量 的地平仰角（或天頂距)，而計(jì)算觀測(cè)矢量的地平仰角需要船體姿態(tài)角。綜上所述，基于觀測(cè) 矢量的修正方法，需要引入外部的姿態(tài)角參考量(如捷聯(lián)慣導(dǎo))，或者先不進(jìn)行蒙氣差修正， 而是在獲取粗略的初始姿態(tài)后再進(jìn)行多次迭代修正。
[0004] 關(guān)于聯(lián)合姿態(tài)確定方法，一般方法要求首先分別獲取兩個(gè)星敏感器相對(duì)參考坐標(biāo) 系的視軸指向，再根據(jù)星敏感器的安裝矩陣解算得到船體相對(duì)參考坐標(biāo)系的姿態(tài)角，而單 星敏感器識(shí)別4顆以上恒星才能獲得視軸指向，當(dāng)兩臺(tái)星敏感器不能同時(shí)給出各自視軸相 對(duì)參考坐標(biāo)系的精確指向時(shí)，雙星敏感器無法獲取船體姿態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種雙星敏感器聯(lián)合確定船體姿態(tài)的方 法，簡(jiǎn)化星敏感器蒙氣差修正算法，降低雙星敏感器獲取船體姿態(tài)角所需的可識(shí)別恒星數(shù) 量限制，提高雙星敏感器獲取船體姿態(tài)的能力。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種雙星敏感器聯(lián)合確定載體姿態(tài)方法，所述方法 包括以下步驟： 步驟一、基于恒星參考矢量的蒙氣差修正 1、將恒星Si在J2000. 0坐標(biāo)系的單位參考矢量Vi，轉(zhuǎn)換到船體地平坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換后的 單位矢量記為VDPi， Vi轉(zhuǎn)換到VDPi的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

【權(quán)利要求】
1. 一種雙星敏感器聯(lián)合確定載體姿態(tài)方法，其特征在于所述方法包括以下步驟： 步驟一、基于恒星參考矢量的蒙氣差修正 1、 將恒星Si在J2000. 0坐標(biāo)系的單位參考矢量Vi，轉(zhuǎn)換到船體地平坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換后的 單位矢量記為VDPi， Vi轉(zhuǎn)換到VDPi的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
式（1)中，La、Lo分別為觀測(cè)點(diǎn)的地理緯度和經(jīng)度，Xp、yp分別極移參數(shù)，GAST為格 林尼治真恒星時(shí)，^為平黃赤交角，AW、Ae分別為黃經(jīng)章動(dòng)和交角章動(dòng)，ZA、04和 為赤道歲差參數(shù)； 2、 計(jì)算恒星的地平方位角ADPi和地平仰角EDPi 根據(jù)式⑴計(jì)算得到VDPi表示為[xDPiyDPizDPi]T，VDPi的地平方位角ADPi、EDPi與xDPi、yDPi、zDPi有以下關(guān)系：
3、 根據(jù)地平仰角對(duì)VDPi進(jìn)行蒙氣差修正，得到蒙氣差修正后的參考單位矢量V'DPi
其中：
P即為蒙氣差修正量，
步驟二、基于聯(lián)合雙星敏感器觀測(cè)矢量的船體姿態(tài)確定 1、 采用如下公式將星敏感器觀測(cè)矢量轉(zhuǎn)換到船體甲板系
其中，Rslb、RS2b分別為星敏感器1、星敏感器2的安裝矩陣，Wi、W2分別為敏感器1、敏感 器2的觀測(cè)矢量矩陣； 2、 將星敏感器參考矢量轉(zhuǎn)換到船體地平系 將星敏感器1、星敏感器2識(shí)別恒星的參考矢量矩陣％、％，轉(zhuǎn)換到船體地平系并分別經(jīng) 公式（1)、（2)、（3)的蒙氣差修正重組后得到參考矢量分別為V/、V2' ； 3、 組成聯(lián)合觀測(cè)和參考矢量矩陣解算船體姿態(tài)角 將星敏感器1、星敏感器2相對(duì)船體甲板系的觀測(cè)矢量矩陣Wbl、Wb2，組成聯(lián)合觀測(cè)矢量 矩陣Wb，將V/、V2'在船體地平系下的參考矢量矩陣，組成聯(lián)合參考矢量矩陣VDP'，根據(jù)式 (5)得到船體甲板系到船體地平系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣，最后根據(jù)式（6)得到船體姿態(tài)角，
其中，wb = [WblWb2]，VDP' = [V/ V；]
，RbDP (i，j)為姿態(tài)矩陣RbDP 中 的第i行、第j列元素，K為航向角、0為縱搖角、W為橫搖角，航向K需要進(jìn)行象限判斷。
【文檔編號(hào)】G01C21/02GK104406583SQ201410728741
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】潘良, 朱偉康, 劉冰, 張同雙, 周海淵, 趙李健, 茅永興, 鐘德安, 焦宏偉 申請(qǐng)人:中國人民解放軍63680部隊(duì)