[发明专利]一种船载星光定向仪单星次优修正算法

说明书

本发明为一种船载星光定向仪单星次优修正算法，适用于航海船载用惯性测量组合在单颗恒星条件下利用星光定向仪修正船的地理经纬度位置。该算法基于单星在地心地理坐标系和当地地理坐标系下的天顶角等同关系，利用球面三角和拉格朗日极值条件建立了单星修正的数学模型，该数学模型为两元互耦合的方程组。本算法在求解方程组时进行了化简，求解获得修正后船的地理经纬度。本发明方法使星光定向仪在单星观测条件下可以对船载的地理经纬度进行次优精度的实时修正，降低了船载星光定向仪对观测星数量的约束，具有工程应用价值。本发明利用拉格朗日方程得到了解析形式的次优解，计算速度快，修正的实时性好。

技术领域

本发明属于组合天文导航中星光定向仪对惯性测量组合的修正算法领域，涉及一种船载星光定向仪单星次优修正算法。

背景技术

船载的惯性测量组合由于自身存在漂移，造成长期使用过程中误差逐渐累积放大，因此需要引入校正。

星光定向仪在全天候条件下，在海上对星空背景成像来进行定位。当视场内只有单颗星时，星光定向仪无法对惯性测量组合给出修正信息。由于白昼观星图像中强背景辐射灰度对灵敏度和视场的限制关系，此种情况单星出现的概率远大于两颗星和多颗星。

同时由于图像芯片灵敏度所限，导致白昼条件下提取的观测星个数较少，导致出现单星的概率进一步增大。

如何实现船载星光定向仪在单星观测条件下对惯性测量组合的实时修正，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种组合天文导航中星光定向仪对惯性测量组合的修正算法，解决了目前白昼观星和图像芯片灵敏度受限的条件下星光定向仪对惯性测量组合的次优修正问题，对实际工程中船载星光定向仪针对惯性测量组合的修正具有应用价值。

本发明的技术方案是：

提供一种船载星光定向仪单星次优修正算法，步骤如下：

(1)惯性测量组合向星光定向仪输出UTC时间、船的地理经纬度为

(2)当单颗星与星光定向仪导航星表内的导航星完成匹配，根据导航星表查询该颗星在地心赤道惯性坐标系下的矢量V_i，将矢量V_i转换到地心地理坐标系获得矢量V_e＝[x_Ey_E z_E]^T，由矢量V_e计算在地心地理坐标系下单颗星在单位地球表面的投影位置

(3)假定修正后船的地理经纬度为建立拉格朗日函数

(4)对拉格朗日函数求偏导，消去拉格朗日变量λ，求解获得修正后船的地理经纬度λ_B,

优选的，步骤(2)中

优选的，步骤(3)中建立拉格朗日函数

z＝arccos(z_g)

z_g为当地地理坐标系下的矢量V_g沿垂线方向的分量。

优选的，z_g的获取方法如下：

单颗星在星光定向仪像面坐标系的位置(u,v)和焦距f，该位置对应的矢量V_s，根据针孔成像模型，在测量坐标系有

矢量V_s转换到当地地理坐标系下，获得矢量V_g