[发明专利]一种基于蒙气差的航空器星光导航精度评价方法

说明书

本发明提供一种基于蒙气差的无人机星光导航精度评价方法，根据大气折射模型建立目标恒星视方向、真方向、天顶方向所确定的目标恒星方位面，并构建目标恒星方位坐标系，其X轴指向目标恒星真方向，Y轴位于目标恒星方位面内指向上方且与X轴垂直，Z轴方向根据右手定则判定，便于实现航空器本体坐标系中目标恒星视方向、真方向、天顶方向三者之间的相互转换；基于视场内多颗折射星的目标恒星方位面多面共线于天顶方向的规律，以星图识别匹配获得的春分点赤道惯性坐标系下恒星真方向和星敏感器观测直接获得的飞行器本体坐标系下恒星视方向为已知参数、以坐标转换矩阵和天顶矢量为自变量的函数，该函数作为基于蒙气差的航空器星光导航精度的评价函数。

技术领域

本发明提供一种基于蒙气差的航空器星光导航精度评价方法，作为星敏感器由观测折射星光解算航空器位置姿态精度的评价依据，属于导航制导与控制领域。

背景技术

在空间，捷联星敏感器的姿态确定首先获得的是飞行器本体坐标系b系相对于春分点赤道惯性坐标系i系的绝对姿态。在大气内，由于大气折射，观测者看到的恒星的视方向和真方向不同，视方向高于真方向，这个方向差叫做蒙气差，或者称为折射角。航空器通常以当地地理坐标系n系为导航坐标系，X_n轴指向东向，Y_n轴指向北向，Z_n轴指向天向，b系相对于n系的姿态称为相对姿态。大气内白昼天空背景明亮，往往选用小视场的星敏感器观星，以降低天空背景电平幅度，通常配置多个小视场星敏感器，形成多星敏感器的组合视场。

航空器当地地理经纬度决定了天顶方向，蒙气差大小是星光天顶距的函数。利用星光折射几何原理，联立多颗观测星的位置和姿态约束方程，建立大气内基于蒙气差的星光导航精度评价函数，可以为相关天文导航算法的建立与应用提供评价依据。

发明内容

本发明的目的在于建立一种基于蒙气差的航空器星光导航精度评价方法，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

(1)根据大气折射模型确定单颗恒星的视方向(在i系下记为u_a，b系下记为v_a)、真方向(在i系下记为u_r，b系下记为v_r)、天顶方向ζ(在i系下记为ζ_i，在b系下记为ζ_b)、视天顶距z_a、真天顶距z_r、蒙气差ρ之间的数学关系，基于目标恒星方位面μ_a建立目标恒星方位坐标系a系，其中X_a轴指向目标恒星真方向，Y_a轴位于μ_a内指向上方且与X_a轴垂直，Z_a轴方向根据右手定则判定，便于在ζ_b、v_a、v_r中已知任意两者条件下计算出第三个矢量的坐标，如图1所示。

(2)基于目标恒星视方向、目标恒星真方向、天顶方向三线共面于μ_a的现象，得到多星敏感器组合视场中各折射星确定的目标恒星方位面相交于ζ所在直线(即“多面共线”)的规律，如图2所示。

(3)基于上述规律建立由星图识别匹配获得的u_r和直接由星敏感器观测获得的v_a作为已知参数、以姿态转换矩阵和天顶矢量ζ_b为自变量的函数，该函数作为基于蒙气差的航空器星光导航精度的评价函数。

附图说明

图1为星光折射原理示意图。

图2为多星敏感器组合视场中几何关系示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。