[发明专利]一种基于星光折射确定地心矢量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导航方法，可用于舰船、飞机、卫星等运动载体导航所需的地心矢量的精确确定。特别涉及一种基于星光折射确定地心矢量的方法，利用星敏感器通过观测直射与折射星光实现地心矢量的计算，适用于舰船、飞机等运动载体的地心矢量计算、水平姿态获取和导航解算。

背景技术

当前舰船、飞机和卫星等载体均需要获取自身的水平姿态，所获取的水平姿态精度直接影响导航定位的精度。地心矢量作为当地水平面的法线，是确定载体水平姿态的最直接和有效的量测信息。现有获取水平姿态的方法基本都是通过测量地心矢量方向，因此地心矢量方向的测量精度对于舰船、飞机等的导航定位非常重要。

在载体静止时可利用倾角计、加速度计等测量仪器直接测量地心矢量方向，从而获得水平姿态。但在载体运动时，由于存在水平加速度，会导致上述测量仪器受水平加速度影响而无法提供正确的结果。因此当载体运动时，目前通常利用陀螺仪来获得地心矢量和水平姿态。

由于陀螺的姿态基准是通过定轴性保证的，无法提供直接的地心矢量信息，因此其存在两个问题。一方面由于陀螺仪存在不可避免的常值漂移，会导致其提供的地心矢量和水平姿态误差随时间积累，必须利用其他导航系统，如天文导航、卫星导航等提供的信息对其进行校正，因此也就增加了成本和复杂性。另一方面，由于陀螺的姿态基准本质上是相对惯性坐标系的，而地心矢量和水平姿态是由当地地理坐标系决定的，当地地理坐标系又是由载体所在的位置决定的，因此如果载体存在位置误差，就会导致地理坐标系不准，此时，载体相对地理坐标系的地心矢量和水平姿态的误差将被其位置误差所影响。

综上，目前基于倾角计、加速度计的地心矢量确定方法在载体运动时会受水平加速度影响，而基于陀螺测量的地心矢量和水平姿态获取方式，受其测量原理和敏感器精度的限制，存在姿态误差随时间累积并受位置误差影响的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有基于倾角计、加速度计的地心矢量确定方法受水平加速度影响，基于陀螺的地心矢量获取方法误差随时间累积并受位置误差影响的问题的不足，提出一种不受水平加速度和位置误差影响，并且其测量误差也不会随时间累积的地心矢量确定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于星光折射确定地心矢量的方法，包括：根据星敏感器A的实拍星图，计算星敏感器A的姿态矩阵；根据星敏感器A的所述姿态矩阵和星敏感器B和C相对于星敏感器A的安装矩阵，计算星敏感器B和C在惯性坐标系中的光轴指向；根据所述光轴指向、星敏感器B和C的视场和标准星表，生成星敏感器B和C视场内的模拟星图；将星敏感器B和C实拍星图与所述模拟星图进行匹配识别，确定折射前后的星光矢量；根据基于所述折射前后的星光矢量确定的两个过地心的平面，确定地心矢量，所述两个过地心的平面的法线向量互相不平行；

所述方法包括以下步骤：

（1）利用传统星图识别方法对星敏感器A的实拍星图进行星图匹配，确定星敏感器A的姿态矩阵即从星敏感器A的本体坐标系到惯性坐标系的变换矩阵；

（2）计算星敏感器B和C的光轴指向：

根据星敏感器B相对于星敏感器A的安装矩阵和星敏感器A的姿态矩阵确定从星敏感器B本体坐标系到惯性系的坐标变换矩阵

MBi=MAi·(MAB)T;]]>

星敏感器B的光轴指向L_B在其本体坐标系中为[0 0 1]^T。根据所述坐标变换矩阵确定星敏感器B的光轴L_B在惯性空间中的指向为：