[发明专利]运载火箭光学测量系统测量点位置的估算方法

说明书

本发明属于航天发射领域与航天测控领域，公开了一种运载火箭光学测量系统测量点在箭体坐标系中位置的估算方法。该方法包括：步骤一，构建光学测量点在箭体坐标系中的位置坐标与运载火箭飞行高度之间的数学模型；步骤二，利用光学测量系统近场时得到的运载火箭完整图像的实际测量结果，计算模型参数的修正值；步骤三，利用模型参数的修正值计算模型参数的校准值；步骤四，利用模型参数的校准值对模型参数进行迭代估算；步骤五，根据模型参数的迭代估值对运载火箭光学测量点的位置进行估算。本发明方法可以较好地解决运载火箭光学测量点的位置估算问题，从而为航天发射所有测量数据的位置基准统一和高精度融合提供技术基础。

技术领域

本发明属于航天发射领域与航天测控领域，涉及一种运载火箭光学测量系统测量点位置的估算方法。

背景技术

在外弹道测量中，光学测量系统是指以光学成像原理采集目标飞行信息，经处理得到所需弹道参数与目标特性参数，并获取飞行实况图像资料的专用测量系统，是航天测控系统的重要组成部分。

在航天发射任务中，不同类型的测量设备，其测量位置(测量点在箭体坐标系中的位置)一般都不一致，光学设备在近场一般把箭体质心或发动机喷口作为测量点、远场时以火焰中心点为测量点，合作式外测设备(如雷达测量系统、卫星导航测量系统、惯性导航测量系统)测量点则位于应答机天线位置(普遍安装与二级顶部)，为了将光学测量系统的测量结果与其他类型测量系统的测量数据相融合，必需首先统一各测量系统测量点的位置基准。而统一位置基准的前提是要准确估算光学测量系统测量点的位置。在本发明中简称为光学测量点。

与其他类型测量系统不同，光学测量系统一般不在运载火箭上安装合作测量装置。当前发射场光学测量设备给出目标位置的方法是：以光学测量画面的中心(一般认为与光学测量设备主镜头中心轴的方位、俯仰角一致)加上测量目标景象中心的脱靶量，得到所测目标在测量坐标系中的方位角和俯仰角。在近场条件下，光学测量设备测量点选在运载火箭质心位置或发动机喷口位置；但是，随着运载火箭越飞越高，离测量设备越来越远，在光学测量系统捕捉到的图像中，运载火箭箭体将会不可见，发动机喷焰将会成为唯一可见的景象，此时，光学测量点位于发动机喷焰中心位置，该位置在箭体坐标系中会随着运载火箭的飞行高度、当前工作级数等条件发生显著变化。在远离设备的外太空中，发动机喷焰长度一般会达数公里至数十公里量级，远远超过箭体自身的长度。因而，光学测量设备所测得的目标位置与实际目标(箭体)位置也相差数公里至数十公里量级。

因而，为了统一光学测量系统与其他测量系统的测量位置基准，实现运载火箭多来源多类型测量数据的深度融合，需要准确估算发动机喷焰中心(远场时光学设备测量点)在运载火箭箭体坐标系中的位置坐标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运载火箭光学测量系统测量点位置的估算方法，充分利用近场时光学测量系统能够得到运载火箭完整景象时的测量结果，构建运载火箭发动机喷焰中心在箭体坐标系上的位置坐标与运载火箭飞行高度的数学模型，然后利用实际光学测量数据估算出模型参数，最后用数学模型估算出运载火箭的光学测量点位置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种运载火箭光学测量系统测量点位置的估算方法，包括如下步骤：

步骤一，构建光学测量点在箭体坐标系中的位置坐标与运载火箭飞行高度之间的数学模型；

步骤二，利用光学测量系统近场时得到的运载火箭完整图像的实际测量结果，计算模型参数的修正值；

步骤三，利用模型参数的修正值计算模型参数的校准值；

步骤四，利用模型参数的校准值对模型参数进行迭代估算；

将步骤三得到模型参数校准值作为新的模型参数初值，重复步骤二和步骤三，直到模型参数的修正值小于给定阈值或达到最大迭代次数，结束迭代，最终得到模型参数的迭代估值；