[发明专利]高性能星图匹配自主导航定位系统

摘要

一种星图匹配自主导航定位系统，包括星敏感器、倾角传感器、数据采集装置和终端计算机，由星敏感器获取星图，倾角传感器获得平台x轴与y轴的倾角信息，星敏感器和倾角传感器检测到的数据由数据采集装置同时采集数据送往终控解算计算机，由时序控制电路控制采集频率及同步，终控解算计算机负责发出指令以及最后的求解计算，终控解算计算机包含星图图像处理和质心坐标提取模块、像空间坐标转换模块、星体辨识模块、视位置计算模块和最优化求解计算模块。

主权项

一种星图匹配自主导航定位系统，包括星敏感器、倾角传感器、数据采集装置和终端计算机，其特征在于：由星敏感器获取星图，倾角传感器获得平台x轴与y轴的倾角信息，星敏感器和倾角传感器检测到的数据由数据采集装置同时采集数据送往终控解算计算机，由时序控制电路控制采集频率及同步，终控解算计算机负责发出指令以及最后的求解计算，终控解算计算机包含星图图像处理和质心坐标提取模块、像空间坐标转换模块、星体辨识模块、视位置计算模块和最优化求解计算模块。所述的星敏感器包括一个至多个测量通道，各个测量通道采用相互独立的光学望远镜头与CCD相机构成，各个通道均在设备基平面以上仰起一定角度，在基平面的投影线均匀分布。星图图像处理和质心坐标提取模块：完成星敏感器观测数据的获取和处理，首先，星敏感器的各个通道在同一时刻各自摄取一帧星图，然后，对星图进行图像处理和星像质心坐标提取，分别得到星像点在各自像平面上的质心坐标；像空间坐标转换模块：完成两项工作，一是将各个通道的星像平面质心坐标转换为各自的像空间坐标；二是将各个通道星像的像空间坐标通过转换矩阵，转换为同一像空间坐标系中的坐标，全部保存在二维数组中；星体辨识模块：根据已获取的星像间的坐标关系，构造星像三角形，并在预先载入的星库中进行查找比对，得到星像对应的恒星的相关信息，实现星像的识别，当星像识别成功后，在星库中得到其对应星体在天球上的赤道坐标；视位置计算模块：对于成功识别出来的星体，通过导航星库得到的赤道坐标是其年中平位置，因为星敏感器解算的是观测时的导航信息姿态，所以需要进行年中平位置到观测历元视位置的转换，视位置计算的内容是：计算恒星的赤经自行和赤纬自行，修正岁差对恒星赤经赤纬的影响，修正章动对恒星赤经赤纬的影响，修正周年光行差对恒星赤经赤纬的影响，通过视位置计算对星体的赤道坐标进行精确修正后，再经转换，得到星体的站心地平坐标；最优化求解计算模块：利用倾角传感器获得粗略双轴姿态信息以及当前预估姿态和位置信息，综合采用卡尔曼（Kalman）滤波和遗传算法进行最优化求解，使所确定导航 参数的精度总是逼近最大可能精度，最后输出求解得到的舰船姿态及位置信息。