【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于飛行器組合導航，特別是涉及一種基于單星觀測的小視場信息有限條件下星光/慣性組合導航方法。
技術介紹
1、慣性導航是一種完全自主的導航技術，依賴于陀螺儀與加速度計測量的數據，通過慣性導航解算出載體的位置、速度和姿態等運動參數，具有不需要外部信息、抗干擾能力強、隱蔽性好、導航信息齊全、數據更新率高等優點。但是慣性解算中的積分運算會導致導航誤差隨時間累積，對于遠程、長航時的運動平臺需要借助其它導航信息進行誤差校正。
2、天文導航是以日月星辰等自然天體為觀測目標，通過測量天體的空間位置計算載體的瞬時矢量方向的導航方法，具有測量精度高且誤差不隨時間積累、自主能力強、可靠性高等特點，但也存在數據更新率低、輸出信息不連續、易受天氣條件影響等不足。星敏感器是以恒星作為測量參考源的高精度姿態測量儀器，廣泛用于衛星、宇宙飛船等空間航天器。根據天文導航系統測星設備的視場不同，天文導航系統可分為小視場天文導航系統(如六分儀、星體跟蹤器)、大視場天文導航系統(如星敏感器)。相比于大視場天文導航系統，小視場天文導航系統適合用于背景光噪聲較大的大氣環境中。而機載平臺的天文導航定位系統雖然大多運行于大氣運動較為平穩的平流層內，但大氣光學效應依然給天文觀測帶來了較大的影響。因此，基于星體跟蹤器的天文導航系統成為機載天文導航的首選。
3、將天文導航與慣性導航方式相結合，形成多源信息融合的一體化組合導航系統，能夠實現優勢互補，滿足長航時高精度自主導航的技術需求。隨著星敏感器技術的發展，目前，天文/慣性組合導航正以高精度、全天時、
4、然而，在大氣層內應用小視場天文導航系統在同一時間只能對單個導航星進行跟蹤，導航信息有限，且跟蹤過程存在系統控制誤差，嚴重影響導航精度。
技術實現思路
1、本專利技術目的是為了解決在大氣層內應用小視場天文導航系統在同一時間只能對單個導航星進行跟蹤，導航信息有限，且跟蹤過程存在系統控制誤差，嚴重影響導航精度的技術問題，提出了一種基于單星觀測的小視場信息有限條件下星光/慣性組合導航方法。本專利技術所述方法在組合導航方法框架下，解決信息缺失、跟蹤控制系統存在偏差情況下星光/慣性組合導航問題，同時研究了一種位置校正方法保證導航精度。
2、本申請提供了一種基于單星觀測的小視場信息有限條件的下星光慣性組合導航方法，用于大氣層內星光慣性組合導航系統，星光慣性組合導航系統包括轉臺、慣導、星光定向儀器、擺鏡，
3、所述導航方法包括：
4、s1:搜索星圖，根據導航系統當前位置姿態信息，尋找導航星并得到擺鏡與轉臺轉動角度控制指令；
5、s2:控制擺鏡與轉臺轉動到相應角度，并實時根據捷聯慣導輸出對導航星進行跟蹤，輸出導航星在相機ccd平面內成像坐標，并得到導航星在相機坐標系下的坐標；
6、s3:以系統姿態、位置、速度、陀螺常值漂移與加表零偏為狀態量，以導航星在相機坐標系下的量測誤差為量測量，建立狀態方程與量測方程，應用卡爾曼濾波算法對位置誤差、姿態誤差進行估計、校正；
7、s4:每隔一時間間隔后更換一次導航星，重新計算擺鏡與轉臺轉動角度控制指令，返回步驟s2。
8、在至少一個實施例中，其中，在步驟s1中，根據標準星表，選取100-2000顆二等以上恒星作為備選導航星，建立導航星庫，所述導航星庫包括每顆所述備選導航星的星等、赤經、赤緯信息，優選所述備選導航星的數量為1000-2000顆。
9、在至少一個實施例中，其中，在步驟s1中，在轉臺和擺鏡轉軸居中時，計算光軸指向赤經赤緯[αk,δk]，在導航星庫中，選擇赤經赤緯在[αk±15°,δk±15°]范圍內亮度最高的恒星作為目標導航星，之后按下式計算導航星相對于系統的高低角e、方位角a：
10、e＝arcsin?vbz
11、
12、式中，vb為導航星光矢量在本體系中的坐標值，vbx和vby分別為vb在x和y方向的分量，根據星歷表以及捷聯慣導提供的載體位置姿態信息進行解算，高低角e、方位角a能夠直接作為擺鏡與轉臺轉動角度控制指令。
13、在至少一個實施例中，其中，在步驟s2中，控制擺鏡與轉臺轉動到相應角度對準導航星后，將實際測得的星光矢量坐標的誤差作為量測量用于后續卡爾曼濾波校正。
14、在至少一個實施例中，其中，在步驟s3中，應用卡爾曼濾波算法對位置誤差、姿態誤差進行估計、校正前，首先建立系統的狀態方程以及量測方程。
15、在至少一個實施例中，其中，步驟s3包括：以星光矢量在成像坐標系中的坐標與理想坐標[0,0,1]之差為量測量，建立量測方程z＝hx+v，式中z為量測量，h為量測矩陣，x為狀態量，v為量測噪聲矩陣，
16、
17、式中，εg為慣導平臺轉動控制偏差，εc為擺鏡轉動控制偏差，為初始控制指令，v為量測誤差向量，根據系統參數確認。
18、在至少一個實施例中，其中，在步驟s4中，所述時間間隔為15-30秒。
19、本專利技術提出的一種基于單星觀測的小視場信息有限條件下星光/慣性組合導航方法，能夠有效校正慣導漂移誤差，對于未來的全天候機載星光慣性組合導航系統導航信息融合計算方法具有借鑒和參考價值。
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1.一種基于單星觀測的小視場信息有限條件的下星光慣性組合導航方法，用于大氣層內星光慣性組合導航系統，星光慣性組合導航系統包括轉臺、慣導、星光定向儀器、擺鏡，
2.根據權利要求1所述的導航方法，其中，在步驟S1中，根據標準星表，選取100-2000顆二等以上恒星作為備選導航星，建立導航星庫，所述導航星庫包括每顆所述備選導航星的星等、赤經、赤緯信息，優選所述備選導航星的數量為1000-2000顆。
3.根據權利要求1所述的導航方法，其中，在步驟S1中，在轉臺和擺鏡轉軸居中時，計算光軸指向赤經赤緯[αk,δk]，在導航星庫中，選擇赤經赤緯在[αk±15°,δk±15°]范圍內亮度最高的恒星作為目標導航星，之后按下式計算導航星相對于系統的高低角E、方位角A：
4.根據權利要求1所述的導航方法，其中，在步驟S2中，控制擺鏡與轉臺轉動到相應角度對準導航星后，將實際測得的星光矢量坐標的誤差作為量測量用于后續卡爾曼濾波校正。
5.根據權利要求1所述的導航方法，其中，在步驟S3中，應用卡爾曼濾波算法對位置誤差、姿態誤差進行估計、校正前，首先建立系統的
6.根據權利要求5所述的導航方法，其中，所述步驟S3包括：
7.根據權利要求1所述的導航方法，其中，在步驟S4中，所述時間間隔為15-30秒。
...【技術特征摘要】
1.一種基于單星觀測的小視場信息有限條件的下星光慣性組合導航方法，用于大氣層內星光慣性組合導航系統，星光慣性組合導航系統包括轉臺、慣導、星光定向儀器、擺鏡，
2.根據權利要求1所述的導航方法，其中，在步驟s1中，根據標準星表，選取100-2000顆二等以上恒星作為備選導航星，建立導航星庫，所述導航星庫包括每顆所述備選導航星的星等、赤經、赤緯信息，優選所述備選導航星的數量為1000-2000顆。
3.根據權利要求1所述的導航方法，其中，在步驟s1中，在轉臺和擺鏡轉軸居中時，計算光軸指向赤經赤緯[αk,δk]，在導航星庫中，選擇赤經赤緯在[αk±15°,δk±15°...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李源，曹丹丹，劉大勇，徐苗，祝嘉豪，劉俊豐，袁泉，
申請(專利權)人：中國空間技術研究院杭州中心，
類型：發明
國別省市：
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