建立了三視場天文定位定向系統(tǒng),以實現(xiàn)高精度的天文定位定向。闡述了天文定位定向的概念,介紹了三視場天文定位定向系統(tǒng)的工作原理。提出一種基于最小損失函數(shù)的天文定位定向算法,該算方法能夠同時解算地理位置和載體的方位角信息。根據(jù)三視場系統(tǒng)與傳統(tǒng)單視場系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點,從理論上分析了三視場系統(tǒng)的天文定位定向性能及優(yōu)勢。最后,就載體平臺傾角測量誤差和星敏感器單星測量誤差對定位定向的影響進行了仿真分析并基于原理樣機進行了外場實驗。實驗結(jié)果表明:該系統(tǒng)的定位精度為151.624 0m,定向精度為4.630 4″,且定位定向結(jié)果穩(wěn)定。得到的結(jié)果基本滿足高精度天文定位定向的要求。 

【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2015,23(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖１天文定位定向系統(tǒng)的相關(guān)坐標系Ｆｉｇ．１Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｓｏｆｃｅｌｅｓｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄ

夾角α，β。使用載體平臺的傾角信息建立水平輔助坐標系（Ａｓｔ），與東北天地平坐標系和載體坐標系建立聯(lián)系，輔助定位定向的求解。ＸＡｓｔ軸為ＸＢ在東北天地平坐標系（ＥＮＵ）的水平面ＥＯＮ中的投影，ＺＡｓｔ軸與ＥＮＵ坐標系中指向天頂?shù)模蛰S重合，ＹＡｓｔ軸在ＥＯＮ平面內(nèi)由右手定則確定，則ＸＡｓｔ軸與Ｎ軸的順時針夾角即為待求的載體方位角。２．３三視場天文定位定向的工作原理三視場天文導(dǎo)航設(shè)備由３個小視場星敏感器構(gòu)成（見圖２），３個光學(xué)視場的光軸在載體坐標系中的水平投影均勻分布，即水平投影夾角為１２０°；并且３個光學(xué)視場的光軸在載體坐標系中具有相同的高度角。圖２三視場天文導(dǎo)航設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖Ｆｉｇ．２ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｒｅｅＦＯＶｃｅｌｅｓｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎ三視場天文定位定向系統(tǒng)的工作原理如圖３所示。天體目標由３個光學(xué)視場捕獲，并成像在探測器上，獲取探測器中的圖像，通過星圖預(yù)處理及質(zhì)心計算獲取各視場中天體的質(zhì)心位置。根據(jù)天體的質(zhì)心位置、各視場光學(xué)系統(tǒng)的焦距、ＣＣＤ的像素尺寸、分辨率、主點、畸變參數(shù)、光軸在載體中的矢量位置，以及ＣＣＤ的安裝旋轉(zhuǎn)角等，計算出各視場中天體目標在載體坐標系中的位置矢量，從而在載體坐標系中算出各個星點目標之間的星角距。星角距結(jié)合星圖識別數(shù)據(jù)庫進行星圖識別，獲得導(dǎo)航星與觀測星的匹配組。根據(jù)導(dǎo)航星信息、觀測星信息、時間信息和載體的水平信息，采用定位定向算法進行定位定向，并輸出結(jié)果。圖３三視場天文定位定向的原理框圖Ｆｉｇ．３Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆ

內(nèi)由右手定則確定，則ＸＡｓｔ軸與Ｎ軸的順時針夾角即為待求的載體方位角。２．３三視場天文定位定向的工作原理三視場天文導(dǎo)航設(shè)備由３個小視場星敏感器構(gòu)成（見圖２），３個光學(xué)視場的光軸在載體坐標系中的水平投影均勻分布，即水平投影夾角為１２０°；并且３個光學(xué)視場的光軸在載體坐標系中具有相同的高度角。圖２三視場天文導(dǎo)航設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖Ｆｉｇ．２ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｒｅｅＦＯＶｃｅｌｅｓｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎ三視場天文定位定向系統(tǒng)的工作原理如圖３所示。天體目標由３個光學(xué)視場捕獲，并成像在探測器上，獲取探測器中的圖像，通過星圖預(yù)處理及質(zhì)心計算獲取各視場中天體的質(zhì)心位置。根據(jù)天體的質(zhì)心位置、各視場光學(xué)系統(tǒng)的焦距、ＣＣＤ的像素尺寸、分辨率、主點、畸變參數(shù)、光軸在載體中的矢量位置，以及ＣＣＤ的安裝旋轉(zhuǎn)角等，計算出各視場中天體目標在載體坐標系中的位置矢量，從而在載體坐標系中算出各個星點目標之間的星角距。星角距結(jié)合星圖識別數(shù)據(jù)庫進行星圖識別，獲得導(dǎo)航星與觀測星的匹配組。根據(jù)導(dǎo)航星信息、觀測星信息、時間信息和載體的水平信息，采用定位定向算法進行定位定向，并輸出結(jié)果。圖３三視場天文定位定向的原理框圖Ｆｉｇ．３ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｒｅｅＦＯＶｓ３基于最小損失函數(shù)的天文定位定向方法在天文定位定向計算之前，已經(jīng)獲取導(dǎo)航星與觀測星的匹配組。利用時間信息可以精確地計算出導(dǎo)航星在國際地球參考系（ＩＴＲＳ）中的矢量ＶＩＴＲＳ。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)及各視場的安裝參

【參考文獻】：
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本文編號：3210941