[发明专利]一种惯性测量信息辅助的星图匹配方法

说明书

本发明公开了一种惯性测量信息辅助的星图匹配方法，该方法利用惯导系统或包含惯导系统的组合导航系统输出的位置信息和姿态信息，确定出当前星敏感器的视轴指向，将由导航系统误差所造成的视轴不确定度归算到视场半径中，动态筛选出当前时刻的导航星组成导航星表，然后利用三角形匹配方法进行星图匹配。该方法相比现有的星图匹配方法，提高了方法的鲁棒性与效率。

技术领域

本发明属于空天飞行器自主导航领域，具体而言，涉及一种惯性测量信息辅助的星图匹配方法。

背景技术

当前，任何单一的导航手段都无法为具有复杂任务需求的空天飞行器提供长时间可靠的导航保证。在现有技术条件下，空天飞行器的导航系统配置研究多以惯性/天文组合导航系统作为必要的导航手段。现有惯性/天文组合导航研究认为，天文导航可以通过星图识别获取高精度的星光矢量信息进行姿态测量，从而在线标定惯导系统的陀螺漂移，通过间接反馈的滤波形式，有效提高组合导航系统的精度。此法可认为是利用天文导航系统的高精度测角测姿信息辅助惯导系统，但目前有关星图匹配技术的研究集中于算法本身的优化，而对于惯性/天文组合导航的研究，也罕有利用惯导系统辅助天文导航进行星图匹配方向的研究。星图匹配作为实现天文导航的关键技术，其匹配识别恒星的效率与可靠性对于整个导航系统而言都是非常重要的。在星敏感器的跟踪工作模式下，即使是惯导系统提供的包含惯导误差的导航信息，也可以被用来缩减导航星表的容量，进而辅助星图匹配，提高匹配识别的性能与可靠性。而实际上，考虑到惯性/天文组合导航的实际应用情况，由于天文导航系统的输出频率与可用性都不如惯性导航系统，在需要进行天文导航时，利用惯性信息快速进行星图匹配的研究就具有很强的现实意义。

传统的星图识别算法在全天识别时都需要对包含全天恒星的导航星表进行便利搜索。基本星表一般从天文星表中选取星等不大于星敏感器的敏感极限的恒星，以天文星表HD星表(Henry Draper Catalogue)为例，若以可视星等6为敏感极限，则筛选后的基本星表将包含5076颗恒星。常见的基本星表选星优化匹配算法，其星表的恒星数目也会在1000～2000颗。因此，冗余匹配的次数多，匹配效率低。

发明内容

本发明提供一种惯性测量信息辅助的星图匹配方法，其解决的技术问题在于：利用惯性信息缩减导航星表的容量，减少冗余匹配次数，快速进行星图匹配，提高匹配识别的性能与可靠性。

本发明为达到上述目的采用以下技术方案：

一种惯性测量信息辅助的星图匹配方法，在惯性/天文组合导航系统中，利用惯导系统提供的位置姿态信息，计算当前星敏感器镜头的视轴指向与由惯导系统误差造成的视场范围误差，获得可能的当前星敏感器的视场大小，筛选导航星表，构建当前可能的导航星表特征数据库。利用该导航星表进行星图匹配可以有效的达到缩减时间提高可靠性的目的。其步骤如下：

步骤1，利用惯性信息计算当前时刻星敏感器的视轴指向，其中所述惯性信息为由惯导系统或组合导航系统中惯导子系统提供的位置信息和姿态信息。所述位置信息为由惯导系统或组合导航系统中惯导子系统输出的载体经度纬度位置参数。所述姿态信息为由惯导系统或组合导航系统中惯导子系统输出的载体横滚俯仰和航向三个姿态角参数。所述星敏感器的视轴指向为星敏感器光轴在天球坐标系下的指向。

步骤2根据导航系统误差，归算视场半径误差；

步骤3利用所述视轴指向和视场半径误差，筛选导航星，构建导航星表；

步骤4选取观测星图中的导航星构建导航三角形，与根据步骤3获得的导航星表匹配，并识别输出。

优选地，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1利用惯导系统或组合导航系统中惯导子系统输出的姿态角参数计算由导航系转换到载体系的方向余弦矩阵，所述导航系为地理坐标系，原点位于载体质心，取东北天三个方向作为三个坐标轴，所述载体系的原点与载体质心重合，取载体右前上作为三个坐标轴，计算所述由导航系转换到载体系的方向余弦矩阵的公式(1)为：