[发明专利]天文定位系统水平测量的倾角传感器安装参数标定方法

说明书

本发明涉及一种天文定位系统水平测量的倾角传感器安装参数标定方法，属于标定技术。天文定位所使用的倾角传感器在安装过程中存在输入轴不对准误差，以输入轴不对准角来表示。天文定位根据已知自然天体构成的星表，对拍摄的星象进行星图识别；利用时间子系统提供的精确时间信息以及倾角传感器所提供的姿态信息，通过相关的坐标转换和数据优化实现系统的精确定位。利用GPS设备提供精确的经纬度信息即可完成高精度的姿态测量工作。通过在天文定位系统中增加GPS设备，完成其自身的姿态测量，将测量结果与倾角传感器的测量值建立联系，即可对倾角传感器的输入轴不对准角参数进行标定。减小甚至消除输入轴不对准误差，提高倾角传感器的测量精度。

技术领域

本发明涉及一种标定技术，特别涉及一种天文定位系统水平测量的倾角传感器安装参数标定方法，是一种用于天文定位系统水平测量的倾角传感器的高精度安装标定技术。

背景技术

天文定位是利用天体敏感器(如星敏感器、天文望远镜等)对已知准确空间位置自然天体进行光电测量，并通过对天体位置信息解算，从而确定被测平台所在的地理位置信息。天文定位以自主导航、定位精度高、抗干扰能力强等优点被广泛应用于航海、航空等领域。天文定位过程所需的已知量除天体位置信息外，还需要时间信息以及平台在地平坐标系中的水平测量信息，这些信息的精度将直接影响天文定位结果的准确性。时间信息通常可以利用GPS的标准秒信号或原子钟提供的时间信号，而水平测量信息则可以利用倾角传感器获取。倾角传感器的水平测量精度主要受两方面因素影响：倾角传感器自身的测量精度以及倾角传感器的安装标定精度，其中倾角传感器自身的测量精度是其本质特性，在出厂时已经确定，而安装标定精度则可以通过一定的方法进行提高。

倾角传感器的安装误差主要分为横轴误差和输入轴不对准误差。其中横轴误差主要是指当传感器在垂直于其敏感轴方向倾斜一定角度时耦合到传感器输出信号上所产生的误差。此误差通常可以通过将传感器的安装面与被测面紧密、平整、稳定的固定，或者通过设置相对零点的方式减小或消除。输入轴不对准误差是指在实际安装过程中，传感器的水平方向安装偏差。一般地，倾角传感器在安装时要求被测轴的倾斜方向与传感器的指定边沿保持平行或者重合，当倾角传感器自身的敏感轴与实际被测轴方向不重合时，随倾斜的角度增大，产生的额外误差将呈正弦变化。仿真实验表明当被测倾角为10°，输入轴不对准角为1′时，水平倾角测量误差为0.003°，而此误差将导致天文定位系统的定位误差达到240米，此误差为天文定位系统中最主要的误差源，因此对于倾角传感器的安装标定对于提高天文定位系统的定位精度具有关键作用。由于天文定位设备为光电设备，被测的倾斜轴通常以光学系统的光轴在载体坐标系中的投影为基准，而光轴是看不见摸不到的非实体轴，因此倾角传感器的指定边沿很难与被测倾斜方向重合，因此输入轴不重合问题无法通过精确的安装过程解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天文定位系统水平测量的倾角传感器安装参数标定方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明通过一种对倾角传感器输入轴不对准参数进行标定的方法，以减小甚至消除输入轴不对准误差，提高倾角传感器的测量精度，从而间接提高天文定位系统的性能。天文定位所使用的倾角传感器在安装过程中的输入轴不对准参数，以输入轴不对准角ω来表示，本发明将对天文定位系统进行改造，完成这此角度的标定工作。所述的天文定位系统由光学子系统、时间子系统、倾角传感器以及数据处理部分组成。自然天体所发出的光信号通过光学镜头，成像在图像传感器中，图像传感器将光信号转换成电信号，形成星图图像；通过对星图图像进行处理，可以提取天体在图像坐标系中的星象坐标；根据已知自然天体构成的星表，对拍摄的星象进行星图识别；利用时间子系统提供的精确时间信息以及倾角传感器所提供的姿态信息，通过相关的坐标转换和数据优化实现系统的精确定位。为了标定倾角传感器安装过程中造成的输入轴不对准角，需要已知天文定位系统的自身姿态。而天文姿态测量系统与天文定位系统的不同之处在于姿态测量系统中不需要倾角传感器提供水平测量信息，而是利用GPS设备提供精确的经纬度信息即可完成高精度的姿态测量工作。通过在天文定位系统中增加GPS设备，完成其自身的姿态测量，将测量结果与倾角传感器的测量值建立联系，即可对倾角传感器的输入轴不对准角参数进行标定。