[发明专利]一种折射星的模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种折射星的模拟方法。

背景技术

随着载人航天、深空探测等空间技术的发展，各类航天器对自主导航能力的要求越来越高。基于星敏感器的天文导航方法由于导航精度高、误差不随时间积累等特点成为了空间应用中的有效自主导航手段。在影响天文导航精度的因素中，地平的敏感精度是很重要的一点，根据星敏感器敏感地平方式的不同，可分为直接敏感地平和利用星光折射间接敏感地平两种方法。

直接敏感地平法受地平仪精度的制约，导航精度较低。利用星光折射间接敏感地平的方法是一种低成本、高精度的自主导航方法。该方法的研究工作可以追溯到20世纪60年代，美国在实施Apollo计划的过程中，就对利用天体掩星、星光在大气中的折射、星光穿越大气时的衰减等实现自主导航的方案进行了研究.1975年由美国海军研究局和美国国防部高级研究计划局共同投资，麻省理工学院Draper实验室对星光折射/星光色散自主导航方案进行了研究和论证，结果表明在一个轨道周期可观测40颗折射星的理想条件下，导航精度可以达到100m。90年代初投入使用的MADAN(multi-mission attitude determination and autonomous navigation)导航系统(多任务姿态确定和自主导航系统)便利用了星光折射原理。二十世纪80年代初期，法国也进行了星光折射法自主导航的研究。1985年和1986年，CNES多次释放平流层气球对星光折射进行了实际测量，在此基础上，对大气折射的精确模型、测量方案、自然环境对系统观测的约束、误差分配和系统性能优化等方面进行了深入的分析和仿真试验，当时预计该系统导航精度为300m。

星光折射间接敏感地平法精度高且成本低，是一种很有发展前途的导航方法，因此吸引了大量的学者对其进行研究。然而，由于航天实验费用巨大，往往不可能进行实时的星空拍摄，因此目前的折射星导航的研究，大多数都是基础理论的研究，实验验证比较困难。还有极少一部分研究成果是结合星光折射的几何原理和大气折射模型直接计算星光折射角，然后使用星光折射角来研究星光折射导航。这种方法直接使用了计算得到的星光折射角，没有对折射星图进行模拟，忽略了环境噪声、星敏感器噪声、星点位置噪声等众多噪声的影响，与真实情况差距较大，因此这些研究成果对于实际应用还有一定的距离。鉴于此，本发明提供了一种折射星的模拟方法，而且能够根据实际情况考虑星敏感器噪声、环境噪声的影响，为折射星导航的研究提供了一种更加符合实际情况且操作简单，成本低廉的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种不但能够模拟折射星在星敏感器像平面的位置，而且能够考虑星敏感器噪声，且操作简单，成本低廉的折射星的模拟方法。

实现本发明目的技术方案：

步骤1：扫描星表，判断当前恒星是否为折射星；若判断为折射星,则进入步骤2,否则继续扫描；

步骤2：计算星光折射角；

步骤3：求解折射星视位置的赤经、赤纬；

步骤4：判断折射星的折射星光是否被星敏感器捕捉到；若判断折射星的折射星光被星敏感器捕捉到,则进入步骤5,否则返回步骤1；

步骤5：进行星点成像中心计算并生成模拟折射星图。

步骤1中,符合下列方程的恒星判断为折射星，

α-θR<arccos(r|r|·s)<β]]>

式中，s为星表中记录的恒星星光的方向矢量；θ_R为折射高度为20km时对应的星光折射角，可通过大气折射模型计算得到；r＝[x y z]为载体在地心赤道惯性坐标系的位置矢量，为其模长，代表载体到地心的距离；α和β可表示为，