[发明专利]一种基于星光折射确定地心矢量的方法

摘要

发明涉及一种基于星光折射确定地心矢量的方法，该方法利用星敏感器通过确定星光的折射路径确定出过地心的平面，共采用了三个星敏感器，其中星敏感器A指向天顶方向，用于观测直射的恒星，星敏感器B和C指向接近水平方向，用于观测折射的恒星。根据星敏感器A获取的星图和三个星敏感器的安装矩阵可获得B和C的模拟直射星图，通过将所述模拟直射星图与B和C实际拍摄的折射星图进行匹配可确定星光折射前后的方向。由星光折射前后的方向可得到过地心的平面，通过求解两个过地心平面的交线可确定当地的地心矢量方向，由地心矢量方向可计算得到水平姿态。该发明可用于确定舰船、飞机、卫星等运动载体的地心矢量方向及水平姿态。

主权项

1.一种基于星光折射确定地心矢量的方法，其特征包括：根据星敏感器A的实拍星图，计算星敏感器A的姿态矩阵；根据星敏感器A的所述姿态矩阵和星敏感器B和C相对于星敏感器A的安装矩阵，计算星敏感器B和C在惯性坐标系中的光轴指向；根据所述光轴指向、星敏感器B和C的视场和标准星表，生成星敏感器B和C视场内的模拟直射星图；将星敏感器B和C实拍折射星图与所述模拟直射星图进行匹配识别，确定折射前后的星光矢量；根据基于所述折射前后的星光矢量确定的两个过地心的平面，所述两个过地心平面的交线即为地心矢量，所述两个过地心的平面的法线向量互相不平行；所述方法包括以下步骤：（1）利用传统星图识别方法对星敏感器A的实拍星图进行星图匹配，确定星敏感器A的姿态矩阵即从星敏感器A的本体坐标系到惯性坐标系的变换矩阵；（2）计算星敏感器B和C的光轴指向：根据星敏感器B相对于星敏感器A的安装矩阵和星敏感器A的姿态矩阵确定从星敏感器B本体坐标系到惯性系的坐标变换矩阵MBi=MAi·(MAB)T;]]>星敏感器B的光轴指向L_B在其本体坐标系中为[0 0 1]^T。根据所述坐标变换矩阵确定星敏感器B的光轴L_B在惯性空间中的指向为：LB=MBi·001T]]>根据星敏感器C相对于星敏感器A的安装矩阵和所述姿态矩阵确定从星敏感器C本体坐标系到惯性系的坐标变换矩阵星敏感器C的光轴指向L_C在其本体坐标系中为[0 0 1]^T。根据所述坐标变换矩阵确定星敏感器C的光轴L_C在惯性空间中的指向：LC=MCi·001T]]>（3）生成星敏感器B和C的模拟直射星图：根据星敏感器B的所述光轴指向L_B、星敏感器B的视场和标准星表，生成星敏感器B所述视场内的模拟直射星图IB＊；根据星敏感器C的光轴指向L_C、星敏感器C的视场和标准星表，生成星敏感器C所述视场内的模拟直射星图IC＊；（4）获取折射前后的星光矢量：将星敏感器B的实拍折射星图IB与所述模拟折射星图IB＊进行匹配识别，确定恒星b的星光在星敏感器B的成像平面上折射前后的第一星像点位置；根据所述第一星像点位置和星敏感器B的安装矩阵，确定所述恒星b的星光在卫星本体坐标系中折射前后的星光矢量S_bo和S_b；将星敏感器C实拍折射星图IC与所述模拟直射星图IC＊进行匹配识别，确定恒星c的星光在在星敏感器C的成像平面上折射前后的第二星像点位置；根据所述第二星像点位置和星敏感器C的安装矩阵，确定所述恒星c的星光在卫星本体坐标系中折射前后的星光矢量S_co和S_c；（5）地心矢量的确定：根据所述S_bo和所述S_b，确定过地心的第一平面，所述第一平面的法向量为n_b＝S_bo×S_b；根据所述S_co和所述S_c，确定过地心的第二平面，所述第二平面的法向量为n_c＝S_co×S_c；根据所述第一平面和所述第二平面的交线，确定地心矢量：r＝n_b×n_c。