[发明专利]基于惯性/天文组合导航应用的折射星优选方法及系统

权利要求书

1.一种基于惯性/天文组合导航应用的折射星优选方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用下式生成满足星光折射星等要求的恒星子星库A：

其中，N₁～N_n是满足星光折射星等要求的恒星编号，e₁～e_n是与恒星编号相对应的恒星单位方向矢量；

2)利用恒星子星库A以及下式生成折射星库E：

其中，D₁～D_n是可观星时段中每一时刻可持续观测Δt_l时长的信息矩阵；其中，相邻时刻之间的间隔为f_r为轨迹信息的采样频率；

步骤2)的具体实现过程包括：

21)间隔遍历可观星时段[t_ua,t_ud]和[t_da,t_dd]，计算恒星子星库A中恒星反方向的单位方向矢量-e与当前时刻航天器的位置矢量r_n的地心夹角θ，以及地心夹角θ的极大值θ_max和极小值θ_min；筛选出恒星子星库A中地心夹角θ满足以下要求的恒星：θ_min≤θ≤θ_max；对于地心夹角θ满足要求的恒星，筛选出恒星星光折射高度h_g满足以下条件的恒星：h_max，0≥h_g≥h_min,0；其中，h_max，0、h_min,0分别为折射高度上限和折射高度下限；将满足恒星星光折射高度要求的恒星的轨迹时刻、星号、单位方向矢量、折射高度记录写入信息矩阵B：其中t_n是当前计算的轨迹时刻；N_n1～N_nm是t_n时刻满足的h_g＝|r_n|sinθ-R_e恒星编号，e_n1～e_nm和h_n1～h_nm是与恒星编号N_n1～N_nm对应的恒星单位方向矢量和折射高度；R_e为地球平均半径；

22)提取信息矩阵B中恒星的方向矢量e，根据下式计算恒星与太阳、月球的夹角是否满足强光源规避条件：其中θ_sun是太阳规避角，θ_moon是月球规避角，e_sun是太阳的地心矢径，e_moon是月球的地心矢径；将B中符合强光源规避条件的恒星信息写入信息矩阵C：其中，N_a1～N_ab是t_n时刻符合强光源规避条件的恒星编号，e_a1～e_ab和h_a1～h_ab分别是与恒星编号N_a1～N_ab对应的恒星单位方向矢量和折射高度；

23)给出观星持续时间Δt_l，判断信息矩阵C中t_n对应的折射星编号集合S₀和t_n+Δt_l时刻的恒星编号集合是否相同：相同则t_n时刻折射星信息不变，写入信息矩阵D；不相同则计算将S_l中恒星编号对应的恒星信息写入D：其中，D是t_n时刻可持续观测Δt_l时长的折射星信息矩阵，N_n1～N_nm、e_n1～e_nm和h_n1～h_nm分别是D内的折射星编号、恒星单位方向矢量和折射高度；

24)以为间隔，遍历[t_ua,t_ud-Δt_l]和[t_da,t_dd-Δt_l]时段的所有时刻，将折射星信息写入折射星库E：D₁～D_n是可观星时段中每一时刻可持续观测Δt_l时长的折射星信息矩阵；

3)给出观星时长Δt_obs和星敏感器调姿准备时长Δt_atti，根据航天器飞行时长设置观星时段：优化变量设置为2k次，观星开始时间为t₁、t₂、......、t_2k，当1≤n≤k第n次观星开始时间的选择区间是[t_ua+(n-1)·(Δt_obs+Δt_atti),t_ud-(k-n)·Δt_atti-(k-n+1)·Δt_obs]；当k+1≤n≤2k时，第n次观星开始时间的选择区间是[t_da+(n-k-1)·(Δt_obs+Δt_atti),t_dd-(2k-n)·Δt_atti-(2k-n+1)·Δt_obs]，线性约束t₁-t₂≤-Δt_obs-Δt_atti、t₃-t₄≤-Δt_obs-Δt_atti；将2k次观星开始时间的选择区间和线性约束作为遗传算法的输入；其中t₁、t₂、......、t_2k、Δt_obs、Δt_atti为非负整数；[t_ua,t_ud]为升弧段星敏感器可观星时段；[t_da,t_dd]为降弧段星敏感器可观星时段；由遗传算法给出一组符合选择区间和线性约束的观星开始时刻，判断给出的观星开始时刻t₁是否可以匹配到E中有折射星的时刻，若否，则令第一个观星时段观星权重J₁＝M₁；若是，则提取t₁时刻的折射星单位方向矢量e_i，i＝1,2...n且i∈N⁺，其中N⁺为正整数集合；将星敏感器主光轴单位方向矢量n分别对准恒星方向e_i，即令n＝e_i；

4)分别计算2k次观星得到的权重J₁、J₂、……、J_2k，令目标函数J＝J₁+J₂+……+J_2k；将目标函数J作为遗传算法的输入，得到一组优化结果[T₁ T₂ …… T_2k]，找到时刻T₁、T₂、......、T_2k观测到的最大折射角对应的折射星方向矢量2k个观星开始时刻的姿态即为n₁、n₂、......、n_2k。