[发明专利]基于旋量的星敏定姿方法

说明书

本发明公开一种基于旋量的星敏定姿方法，属于测绘科学与技术领域。提取恒星星象的星点和星表中与之同名星点，并将其分别连接成同名直线；用旋量分别表示恒星星象和导航星表两者中的同名直线；根据摄影时，恒星星象和星表两者中的同名直线共线的原则，建立基于旋量的共线条件方程；采用最小二乘平差法解算星敏姿态。本发明利用旋量可以表示空间直线的比例尺缩放，从而构建内部可靠性高的星敏姿态确定模型，相比传统方法星敏感器定姿精度更高。

技术领域

本发明涉及摄影测量技术领域，具体的说是基于旋量的星敏定姿方法，并将旋量理论应用于测绘技术领域。

背景技术

星敏感器是最常用的姿态确定仪器之一，最广泛典型的静态姿态确定算法有基于牛顿迭代的数值解法、q方法和QUEST方法，都可归结为Wahba问题，即求解行列式为+1的最优正交方向余弦矩阵，使其代价函数最小。上述常见算法均以单个恒星点作为控制单元来解算姿态，姿态精度受单星提取误差影响大。在摄影测量中，常利用未知点中存在的某种几何关系作为控制条件，来增强解算模型的强度或检查其精度和可靠性。几何关系通常存在于相机运动和目标空间特征中，如拓扑约束和目标约束。然而恒星星点是无规律的，相互之间不存在特定的几何关系。近年来在机器人精准运动学和动力学建模等方面，旋量理论通过描述直线在空间的姿态和位置，进行机器人系统末端几何参数误差定标、不确定性系统非线性特性建模和高精度三维轨迹跟踪。旋量能使机构在约束允许下相继旋转，旋量允许直线以任意拓扑关系进行组合。受此启发，类似于旋量在机器人运动状态特性分析中的方法，基于旋量构造恒星几何特征，通过改善特征分布有望构建内部可靠性高的姿态定姿模型。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于旋量的星敏定姿方法，通过构建恒星星象与星表中旋量的对应的拓扑关系，建立旋量共线条件方程。

本发明采用如下技术方案：基于旋量的星敏定姿方法，所述方法包括如下步骤：

步骤A：提取恒星星象中的星点和导航星表中的星点，两者中的星点为同名星点；

步骤B：旋量表示恒星星象中星点连线和导航星表中星点连线，建立恒星星象与导航星表中旋量的对应的拓扑关系；

步骤C：建立基于旋量的共线条件方程，使得恒星星象连线与导航星表连线相重合；

步骤D：利用最小二乘的方法，计算得到星敏感器的姿态参数。

具体的说，步骤B中旋量表示恒星星象和导航星表中星点连线的具体过程如下：

步骤(B-1)，在恒星星象中选取两星点连线l₁，用旋量表示该直线为

l₁＝(L₁,M₁,N₁,L₁₀,M₁₀,N₁₀)

其中，(L₁，M₁，N₁)是姿态向量，(L₁₀，M₁₀，N₁₀)是矩向量；

步骤(B-2)，照步骤(B-1)的方法，在导航星表中选取同名星点连线l₂，将其表示为：

l₂＝(L₂,M₂,N₂,L₂₀,M₂₀,N₂₀)

其中，(L₂，M₂，N₂)是姿态向量，(L₂₀，M₂₀，N₂₀)是矩向量。