[发明专利]基于捷联惯导与星敏感器的组合导航系统及方法

权利要求书

1.一种基于捷联惯导与星敏感器的组合导航系统，其特征在于，该组合导航系统包括：捷联惯导、星敏感器以及滤波器；其中，

所述捷联惯导用于测量载体的姿态信息，并根据来自滤波器的状态误差项的最优估计，修正所述载体的姿态信息；

所述星敏感器用于根据预先设置的更新频率获取最大视角内的被成像恒星在星敏感器坐标系下的第一经纬角；利用第一经纬角、来自所述捷联惯导的姿态信息和预先存储有基准恒星在地心惯性坐标系下赤经纬角的基准恒星库，确定出与被成像恒星匹配的基准恒星在地心惯性坐标系下的第二方向单位矢量；基于第二方向单位矢量以及所述姿态信息，确定所述基准恒星在载体坐标系下的第三方向单位矢量以及在星敏感器坐标系下的第二经度、第二纬度；

所述滤波器用于利用来自所述捷联惯导的姿态信息，以及来自所述星敏感器的第一经纬角、第二经度、第二纬度和第二方向单位矢量，确定基准恒星与被成像恒星在星敏感器坐标系下的经纬角差值；将预先构建的捷联惯导的误差方程作为状态方程，构建以经纬角差值为状态量的观测方程；对构建的观测方程进行卡尔曼滤波，得到捷联惯导的状态误差项的最优估计。

2.如权利要求1所述的组合导航系统，其特征在于，

所述姿态信息为姿态转换矩阵；

所述第一经纬角包括：第一经度、第一纬度以及第一方向单位矢量；

所述赤经纬角包括：赤经、赤纬以及方向单位矢量。

3.如权利要求2所述的组合导航系统，其特征在于，

所述经纬角差值包括：经度差值、纬度差值以及姿态角误差；

所述构建以经纬角差值为状态量的观测方程包括：根据经度差值和纬度差值，获取经纬位置差，构建以经纬位置差为状态量的观测方程，或构建以姿态角误差为状态量的观测方程。

4.如权利要求3所述的组合导航系统，其特征在于，所述星敏感器包括光学成像模块、CCD图像传感器、星点提取模块以及星图识别模块；其中，

所述光学成像模块用于根据星敏感器预先设置的更新频率，将最大视角内的被成像恒星成像至CCD图像传感器中的CCD敏感面阵上，形成光学图像；

所述CCD图像传感器用于将来自所述光学成像模块的光学图像转变成灰度数字图像数据；

所述星点提取模块用于对来自所述CCD图像传感器的灰度数字图像数据进行星点提取，获取提取的星点中被成像恒星在星敏感器坐标系下的第一经度、第一纬度以及第一方向单位矢量，并从第一方向单位矢量中获取星敏感器光轴指向在星敏感器坐标系下的第四方向单位矢量；

所述星图识别模块用于利用所述第一方向单位矢量、来自所述捷联惯导的姿态转换矩阵和预先存储有基准恒星在地心惯性坐标系下赤经纬角的基准恒星库，确定出与被成像恒星匹配的基准恒星在地心惯性坐标系下的第二方向单位矢量；基于所述第二方向单位矢量以及所述姿态转换矩阵，确定基准恒星在载体坐标系下的第三方向单位矢量以及在星敏感器坐标系下的第二经度、第二纬度。

5.如权利要求4所述的组合导航系统，其特征在于，所述星图识别模块包括光轴识别单元、基准恒星搜索单元、基准恒星匹配单元、预测星点坐标单元；其中，

所述光轴识别单元用于根据来自所述捷联惯导的姿态转换矩阵，以及来自星点提取模块的第四方向单位矢量，解算得到第二赤经、第二赤纬；

所述基准恒星搜索单元，用于以所述光轴识别单元输出的第二赤经、第二赤纬表示的星点为中心，从所述基准恒星库中搜索得到最大视角内的各基准恒星的第五方向单位矢量；

所述基准恒星匹配单元用于根据来自所述基准恒星搜索单元的第五方向单位矢量，以及来自所述捷联惯导的姿态转换矩阵，确定所述最大视角内的各基准恒星在星敏感器坐标系下的第六方向单位矢量；计算第六方向单位矢量与第一方向单位矢量的差值，获取小于或等于预先设置的判定阈值的差值对应的第二方向单位矢量；

所述预测星点坐标单元用于根据来自所述基准恒星匹配单元的第二方向单位矢量，以及来自所述捷联惯导的姿态转换矩阵，确定基准恒星在载体坐标系下的第三方向单位矢量以及在星敏感器坐标系下的第二经度、第二纬度。