[发明专利]一种小视场星跟踪器天文观测信息异常检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天文观测信息检测方法，属于组合导航领域。

背景技术

天文导航(CNS)是以已知准确空间位置的自然天体为基准，通过天体测量仪器被动探测天体位置，经解算确定测量点所在载体的导航信息(姿态或者位置)。将导航方法建立在恒星和行星参考系基础上，具有直接、自然、可靠、精确的优点。天文导航就相当于惯性导航系统中没有漂移的陀螺仪，非常适合长时间自主运行和导航定位精度要求较高的领域。由天文导航、惯性导航组成的(CNS/INS)组合导航系统，具有明显的优势互补性，能够有效提高导航系统的精度和可靠性，已成为远程长航时机载导航技术的重要发展方向。

在航空领域，由于小视场星跟踪器的天体敏感设备视场小，视场内一般一次观测一颗导航星，天空中的入射杂散光线较少，单星测量信噪比高，极大提高白天观星的对比度和观星效果，能够克服白天大气对太阳光散射带来的强背景噪声的限制，从而使基于小视场星跟踪器天文惯性组合导航成为首选。

虽然小视场星跟踪器能有效克服白天大气强背景噪声的影响，实现白天观星，但是由于航空平台环境的复杂性，天文观测依然会受到CCD热噪声、时统误差、高动态跟踪误差、薄云干扰、蒙气差等噪声的干扰，从而使天文观测信息出现大噪声、跳点、野值、漂移等，导致观测数据失真甚至失效。如果将这些数据不加甄别地作为观测信息使用，将会污染天文/惯性组合导航系统，从而严重影响组合导航精度。同时，由于小视场星跟踪器的天文观星建立在CNS/INS组合导航系统提供的载体实时位置、姿态等信息的基础上，而上述误差会导致小视场星跟踪器的搜星困难，极端情况下甚至可能无法观星，从而导致组合导航失败。因此，对小视场星跟踪器天文观测信息的异常检测显得特别重要，是CNS/INS组合导航精度和可靠性的重要保障。

同时，由于小视场星跟踪器单星观测输出频率高(约50Hz)，但异步观星组合导航解算受到双星切换的影响，其滤波周期较长(约15s)，因此小视场星跟踪器的天文观测信息异常检测需要在两个不同时间尺度上实现相应的异常检测。目前，国内外未发现针对小视场星跟踪器天文观测信息异常检测算法的相关报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小视场星跟踪器天文观测信息异常检测方法，利用惯导输出信息和导航星信息实现对单颗导航星观测的高度角和方位角信息的实时的缓变和跳变检测，解决了基于小视场星跟踪器的天文观测信息异常检测问题，为基于小视场星跟踪器的CNS/INS组合导航系统的工程化实现奠定了基础。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

第一步，在异步观星状态下，小视场星跟踪器实现对导航星S_i的稳定跟踪，在dt时段内完成天文观测数据和惯导数据采集，得到容量为N的数据集，50≤N≤100，包括时刻t_j的捷联惯导独立测量机载平台的导航信息、地心系到导航系的转移矩阵姿态转移矩阵高度角方位角Az_j和导航星的格林时角GHA_j、赤纬信息Dec_j，其中，j表示第j个采样点，1≤j≤N；

第二步，通过惯导和导航星数据反算小视场星跟踪器在各时刻t_j的理论观测值(H_j0、Az_jO)，并计算观测值相对理论值的偏差(dH_j、dAz_j)；记录数据集(t₁，t₂，…t_N)，(dH₁，dH₂，…dH_N)，(dAz₁，dAz₂，…dAz_N)；

第三步，利用3σ法对偏差数据集进行跳点剔除二至三遍，利用回归算法对未被剔除的数据集进行拟合计算，得到高度角偏差量的斜率b_H和方位角偏差量数据集的斜率b_A；利用设定的缓变斜率门限b_threshold检测b_H和b_A，只有当|b_H|＜b_threshold且|b_A|＜b_threshold时，数据集趋势检测判定为正常，进入第四步，否则进入第五步；