基于高精度水平基准的星敏感器定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于高精度水平基准的星敏感器定位方法，首先采集CCD星敏感器的输出；进而将星敏感器与捷联惯导系统组合，修正捷联惯导系统的姿态并补偿星敏感器的安装误差，得到较高精度的水平基准信息；再采集组合导航系统提供的高精度水平基准信息，即采集运动载体的横摇角和纵摇角，得到载体系到准地理坐标系的姿态转换矩阵。与现有技术相比，本发明通过将惯性导航系统和星敏感器组合，通过滤波校正惯性导航系统的姿态误差，有效提高星敏感器定位所依赖的水平基准信息，同时各类误差源确定，极大地提高了星敏感器的定位精度。
【专利说明】基于高精度水平基准的星敏感器定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及ー种星敏感器的定位方法，尤其涉及一种基于高精度水平基准的星敏感器定位方法。
【背景技术】
[0002]星敏感器以不可毁灭的自然天体作为其导航信标，将星敏感器拍摄到的图像先后进行星图识别、星体质心提取、星图匹配及姿态解算。星敏感器无需任何先验信息，便可自主输出星敏感器相对惯性空间的姿态信息，其具有误差不随时间积累、独立、无源、不受人为因素限制和干扰等优点。星敏感器的定位严重依赖于水平基准，因此水平基准的高精度实现是保障其定位精度的重要前提。
[0003]然而应用中通常利用惯性导航系统提供载体水平基准信息，惯导系统误差随时间积累的缺点使得星敏感器定位精度下降。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于高精度水平基准的星敏感器定位方法。
[0005]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0006]一种基于高精度水平基准的星敏感器定位方法，包括以下步骤:
[0007](1)采集CXD星敏感器的输出C/即星敏感器坐标系相对惯性系的姿态转换矩阵；
[0008](2)将星敏感器与捷联惯导系统组合，修正捷联惯导系统的姿态并补偿星敏感器的安装误差，得到较高精度的水平基准信息；
[0009](3)采集上述组合系统提供的高精度水平基准信息，即采集到运动载体的横摇角和纵摇角，得到载体系到准地理坐标系的姿态转换矩阵;
[0010](4)根据已知信息求解i系相对于地球坐标系e系之间的转换矩阵c1.[0011](5)通过步骤⑴至步骤⑷所给出的信息，解算得到准位置矩阵Cf，解算出载体位置信息。
[0012]本发明采集CXD星敏感器的输出即CXD星敏感器的坐标系与惯性坐标系即i系之间的姿态信息C/，i系与船舶载体坐标系即b系之间的转换矩阵ぐ表示为:
[0013]Cf = ChsC；
[0014]其中:<为CXD星敏感器坐标系即s系与b系之间的转换矩阵，G在星敏感器安
装时已经确定，
【权利要求】
1.一种基于高精度水平基准的星敏感器定位方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)采集CCD星敏感器的输出Cf即星敏感器坐标系相对惯性系的姿态转换矩阵； (2)将星敏感器与捷联惯导系统组合，修正捷联惯导系统的姿态并补偿星敏感器的安装误差，得到较高精度的水平基准信息； (3)采集上述组合系统提供的高精度水平基准信息，即采集到运动载体的横摇角和纵摇角，得到载体系到准地理坐标系的姿态转换矩阵こで； (4)根据已知信息求解i系相对于地球坐标系e系之间的转换矩阵G.(5)通过步骤(1)至步骤(4)所给出的信息，解算得到准位置矩阵，解算出载体位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于高精度水平基准的星敏感器定位方法，其特征在于:采集CXD星敏感器的输出即CXD星敏感器的坐标系与惯性坐标系即i系之间的姿态信息G，i系与船舶载体坐标系即b系之间的转换矩阵Cf表示为:
3.根据权利要求2所述的基于高精度水平基准的星敏感器定位方法，其特征在干:将星敏感器与捷联惯导系统组合，修正捷联惯导系统的姿态，并补偿星敏感器的安装误差，得到较高精度的姿态信息，在卡尔曼滤波系统中，将惯性导航系统误差作为组合导航系统状态，具体包括SINS姿态误差角4>e, 4)n, u,速度误差.8 VE, SVn,位置误差S X，み?，陀螺随机常值漂移ebx，e by, ebz,加速度计常值误差▽/?，▽み，Vfc，星敏感器的安装误差SAX，6Ay, S Az，因此组合导航系统的状态向量X为:
4.根据权利要求3所述的基于高精度水平基准的星敏感器定位方法，其特征在于:采集组合系统所提供的高精度水平基准信息，即采集到运动载体的横摇角和纵摇角，得到载体系到准地理坐标系的姿态转换矩阵C6'通过下述顺序的两次旋转来表示，转角分别为-
5.根据权利要求4所述的基于高精度水平基准的星敏感器定位方法，其特征在于:根据已知信息求解i系相对于地球坐标系e系的转换矩阵GG表达式如下:
6.根据权利要求5所述的基于高精度水平基准的星敏感器定位方法，其特征在于:通过解算得到准位置矩阵Cf，进而解算出载体位置信息，具体过程如下: 已知位置矩阵cr表达式如下:
【文档编号】G01C21/02GK103604428SQ201310589688
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】高伟, 林萌萌, 于春阳, 李佳璇, 朱明红, 刘晓旭, 于滨凯, 姜鑫, 孙艳涛, 赵博 申请人:哈尔滨工程大学