双星敏感器联合确定载体姿态方法
【专利摘要】本发明涉及一种双星敏感器联合确定船体姿态的方法，属于天文导航领域。方法包括以下步骤：一是星敏感器基于恒星参考矢量的蒙气差修正方法，即通过修正恒星参考矢量实现蒙气差的修正；二是基于联合双星敏感器恒星观测矢量的船体姿态确定方法，即将双星敏感器两个视场中每颗可识别恒星的观测矢量联合为观测矢量矩阵，最终与对应的恒星参考矢量矩阵完成船体姿态解算。本发明在简化星敏感器蒙气差修正算法的基础上，同时提高双星敏感器获取船体姿态的能力。主要内容涉及基于恒星参考矢量的蒙气差修正方法和基于联合双星敏感器恒星观测矢量的船体姿态确定方法两个方面。
【专利说明】双星敏感器联合确定载体姿态方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双星敏感器联合确定船体姿态的方法。属于天文导航领域。
【背景技术】
[0002] 星敏感器以恒星为参照物，由探测单元在某一时刻对天空完成星图捕获，经过数 据处理单元对星图进行恒星质心提取、星图识别、恒星跟踪、姿态计算等一系列处理，最终 获得星敏感器相对惯性空间的高精度姿态信息，是一种高精度的姿态测量装置。目前星敏 感器广泛应用于航空航天飞行器姿态测量，随着高精度大视场星敏感器技术的成熟，星敏 感器已经能够完成船体姿态测量。为了提高船体姿态测量精度，星敏感器通常采用双星敏 感器联合工作模式，蒙气差修正方法和联合姿态确定方法是双星敏感器应用于船体姿态测 量的两个关键技术。
[0003] 关于蒙气差修正方法，一般是对观测矢量进行修正，但该方法需要获取观测矢量 的地平仰角（或天顶距)，而计算观测矢量的地平仰角需要船体姿态角。综上所述，基于观测 矢量的修正方法，需要引入外部的姿态角参考量(如捷联惯导)，或者先不进行蒙气差修正， 而是在获取粗略的初始姿态后再进行多次迭代修正。
[0004] 关于联合姿态确定方法，一般方法要求首先分别获取两个星敏感器相对参考坐标 系的视轴指向，再根据星敏感器的安装矩阵解算得到船体相对参考坐标系的姿态角，而单 星敏感器识别4颗以上恒星才能获得视轴指向，当两台星敏感器不能同时给出各自视轴相 对参考坐标系的精确指向时，双星敏感器无法获取船体姿态。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述不足，提供一种双星敏感器联合确定船体姿态的方 法，简化星敏感器蒙气差修正算法，降低双星敏感器获取船体姿态角所需的可识别恒星数 量限制，提高双星敏感器获取船体姿态的能力。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：一种双星敏感器联合确定载体姿态方法，所述方法 包括以下步骤： 步骤一、基于恒星参考矢量的蒙气差修正 1、将恒星Si在J2000. 0坐标系的单位参考矢量Vi，转换到船体地平坐标系，转换后的 单位矢量记为VDPi， Vi转换到VDPi的转换关系为：
【权利要求】
1. 一种双星敏感器联合确定载体姿态方法，其特征在于所述方法包括以下步骤： 步骤一、基于恒星参考矢量的蒙气差修正 1、 将恒星Si在J2000. 0坐标系的单位参考矢量Vi，转换到船体地平坐标系，转换后的 单位矢量记为VDPi， Vi转换到VDPi的转换关系为：
式（1)中，La、Lo分别为观测点的地理纬度和经度，Xp、yp分别极移参数，GAST为格 林尼治真恒星时，^为平黄赤交角，AW、Ae分别为黄经章动和交角章动，ZA、04和 为赤道岁差参数； 2、 计算恒星的地平方位角ADPi和地平仰角EDPi 根据式⑴计算得到VDPi表示为[xDPiyDPizDPi]T，VDPi的地平方位角ADPi、EDPi与xDPi、yDPi、zDPi有以下关系：
3、 根据地平仰角对VDPi进行蒙气差修正，得到蒙气差修正后的参考单位矢量V'DPi
其中：
P即为蒙气差修正量，
步骤二、基于联合双星敏感器观测矢量的船体姿态确定 1、 采用如下公式将星敏感器观测矢量转换到船体甲板系
其中，Rslb、RS2b分别为星敏感器1、星敏感器2的安装矩阵，Wi、W2分别为敏感器1、敏感 器2的观测矢量矩阵； 2、 将星敏感器参考矢量转换到船体地平系 将星敏感器1、星敏感器2识别恒星的参考矢量矩阵％、％，转换到船体地平系并分别经 公式（1)、（2)、（3)的蒙气差修正重组后得到参考矢量分别为V/、V2' ； 3、 组成联合观测和参考矢量矩阵解算船体姿态角 将星敏感器1、星敏感器2相对船体甲板系的观测矢量矩阵Wbl、Wb2，组成联合观测矢量 矩阵Wb，将V/、V2'在船体地平系下的参考矢量矩阵，组成联合参考矢量矩阵VDP'，根据式 (5)得到船体甲板系到船体地平系的姿态转换矩阵，最后根据式（6)得到船体姿态角，
其中，wb = [WblWb2]，VDP' = [V/ V；]
，RbDP (i，j)为姿态矩阵RbDP 中 的第i行、第j列元素，K为航向角、0为纵摇角、W为横摇角，航向K需要进行象限判断。
【文档编号】G01C21/02GK104406583SQ201410728741
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】潘良, 朱伟康, 刘冰, 张同双, 周海渊, 赵李健, 茅永兴, 钟德安, 焦宏伟 申请人:中国人民解放军63680部队