[发明专利]一种快速指向与跟踪装置及方法

说明书

本发明涉及一种快速指向与跟踪装置，其特征在于：光学系统、滤光片、CCD相机、第一GPS天线、第二GPS天线、GPS/INS主机顺次固联在连接板上面；观靶镜固联在连接板下面；连接板安置在赤道仪上；赤道仪安置在支架上；其中CCD相机通过线缆与计算机连接；第一GPS天线通过线缆与GPS/INS主机连接；第二GPS天线通过线缆与GPS/INS主机连接；GPS/INS主机通过线缆与计算机连接；赤道仪通过线缆与计算机连接。其能完成对选定恒星或目标的快速指向与高精度跟踪，跟踪装置借助双天线GPS/INS组合导航与定位系统提供的位置与姿态角信息实现赤道仪极轴对准。使用卡尔曼滤波技术将光电成像跟踪系统与赤道仪跟踪系统组合到一起应用，使系统具有较强的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及一种快速指向与跟踪装置及方法，属于自动控制技术领域。

技术背景

目前对恒星的跟踪采用的两种主要采用两种方法，一是使用赤道仪对恒星进行指向与跟踪时，但是存在极轴对准时间较长，指向误差大等缺点，而且当长时间跟踪时，误差累积效应会使被跟踪的恒星跑出跟踪视场而造成目标丢失。二是使用光电成像跟踪系统对恒星进行跟踪可达到较高的跟踪精度，但是当出现遮挡时会使被跟踪的恒星目标丢失。而将两种跟踪方式以适当方式组合到一起完成对恒星的跟踪目前还没有报道。

这里提出一种对恒星的指向与跟踪复合方法，将赤道仪跟踪与光电跟踪以卡尔曼滤波的方式组合到一起，既能够保证较高的跟踪精度，又不会因为遮挡等使被跟踪的目标丢失。在跟踪选定恒星时，如果目标特性较好，使用光电成像系统进行跟踪，同时可在跟踪过程中完成对赤道仪累积误差的修正；当使用当目标特性不好时，使用赤道仪系统进行跟踪。同时，提出将双天线GPS/INS组合导航定位系统应用到赤道仪的极轴对准上，实现赤道仪极轴的快速、准确对准。通过上述原理与方法，可实现对选定恒星的快速指向与高精度跟踪，具有广泛的应用前景，将极大提高对选定恒星指向与跟踪的效率，节省人力与物力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速指向与跟踪装置及方法，能完成对选定恒星或目标的快速指向与高精度跟踪，跟踪装置借助双天线GPS/INS组合导航与定位系统提供的位置与姿态角信息实现赤道仪极轴对准。使用卡尔曼滤波技术将光电成像跟踪系统与赤道仪跟踪系统组合到一起应用，使系统具有较强的抗干扰能力。

本发明的技术方案是这样实现的：一种快速指向与跟踪装置，由计算机、光学系统、滤光片、CCD相机、第一GPS天线、第二GPS天线、GPS/INS主机、连接板、观靶镜、赤道仪、支架构成；其特征在于：光学系统、滤光片、CCD相机、第一GPS天线、第二GPS天线、GPS/INS主机顺次固联在连接板上面；观靶镜固联在连接板下面；连接板安置在赤道仪上；赤道仪安置在支架上；其中CCD相机通过线缆与计算机连接；第一GPS天线通过线缆与GPS/INS主机连接；第二GPS天线通过线缆与GPS/INS主机连接；GPS/INS主机通过线缆与计算机连接；赤道仪通过线缆与计算机连接。

一种快速指向与跟踪的方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）首先将计算机，CCD相机，GPS/INS主机，赤道仪分别通电自检，进入工作状态；

（2）使用光学系统，滤光片，CCD相机对选定的恒星成像，通过光斑质心算法计算光斑位置坐标，调整赤道仪使恒星成像在CCD相机的靶面中心；

（3）通过GPS/INS主机获得赤道仪的WGS-84坐标系下的位置坐标，俯仰角，方位角，横滚角；

（4）调整赤道仪使其俯仰角为零度，横滚角为零度，方位角指向正北方向，实现赤道仪极轴对准；

（5）建立卡尔曼滤波算法模型，模型输入量包括光斑位置坐标，赤道仪的俯仰角与方位角，模型输出量为赤道仪的俯仰角与方位角；

（6）计算机接收CCD相机提供的脱靶量信息与赤道仪提供的角度信息，在计算机通过卡尔曼滤波算法模型后生成复合控制时使所需俯仰角与方位角；