[發明專利]高性能星圖匹配自主導航定位系統

有效

• 申請號: 201310590499.1
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103575274A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 王安國
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍大連艦艇學院
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種星圖匹配自主導航定位系統，包括星敏感器、傾角傳感器、數據采集裝置和終端計算機，其特征在于：由星敏感器獲取星圖，傾角傳感器獲得平臺x軸與y軸的傾角信息，星敏感器和傾角傳感器檢測到的數據由數據采集裝置同時采集數據送往終控解算計算機，由時序控制電路控制采集頻率及同步，終控解算計算機負責發出指令以及最后的求解計算，終控解算計算機包含星圖圖像處理和質心坐標提取模塊、像空間坐標轉換模塊、星體辨識模塊、視位置計算模塊和最優化求解計算模塊。所述的星敏感器包括一個至多個測量通道，各個測量通道采用相互獨立的光學望遠鏡頭與CCD相機構成，各個通道均在設備基平面以上仰起一定角度，在基平面的投影線均勻分布。星圖圖像處理和質心坐標提取模塊：完成星敏感器觀測數據的獲取和處理，首先，星敏感器的各個通道在同一時刻各自攝取一幀星圖，然后，對星圖進行圖像處理和星像質心坐標提取，分別得到星像點在各自像平面上的質心坐標；像空間坐標轉換模塊：完成兩項工作，一是將各個通道的星像平面質心坐標轉換為各自的像空間坐標；二是將各個通道星像的像空間坐標通過轉換矩陣，轉換為同一像空間坐標系中的坐標，全部保存在二維數組中；星體辨識模塊：根據已獲取的星像間的坐標關系，構造星像三角形，并在預先載入的星庫中進行查找比對，得到星像對應的恒星的相關信息，實現星像的識別，當星像識別成功后，在星庫中得到其對應星體在天球上的赤道坐標；視位置計算模塊：對于成功識別出來的星體，通過導航星庫得到的赤道坐標是其年中平位置，因為星敏感器解算的是觀測時的導航信息姿態，所以需要進行年中平位置到觀測歷元視位置的轉換，視位置計算的內容是：計算恒星的赤經自行和赤緯自行，修正歲差對恒星赤經赤緯的影響，修正章動對恒星赤經赤緯的影響，修正周年光行差對恒星赤經赤緯的影響，通過視位置計算對星體的赤道坐標進行精確修正后，再經轉換，得到星體的站心地平坐標；最優化求解計算模塊：利用傾角傳感器獲得粗略雙軸姿態信息以及當前預估姿態和位置信息，綜合采用卡爾曼（Kalman）濾波和遺傳算法進行最優化求解，使所確定導航參數的精度總是逼近最大可能精度，最后輸出求解得到的艦船姿態及位置信息。

2.一種星圖匹配自主導航定位方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)采集星圖并處理

通過該步驟完成星敏感器觀測數據的獲取和處理，首先，星敏感器的各個通道在同一時刻各自攝取一幀星圖，然后，對星圖進行圖像處理和質心坐標提取，分別得到星像點在各自像平面上的質心坐標；

(2)像空間坐標轉換

通過該步驟完成兩項工作，一是將各個通道的星像平面質心坐標轉換為各自的像空間坐標；二是將各個通道星像的像空間坐標通過轉換矩陣，轉換為同一像空間坐標系中的坐標，全部保存在二維數組中；

(3)星體辨識

根據已獲取的星像間的坐標關系，構造星像三角形，并在預先載入的星庫中進行查找比對，得到星像對應的恒星的相關信息，實現星像的識別，當星像識別成功后，在星庫中得到其對應星體在天球上的赤道坐標；

(4)視位置計算

對于成功識別出來的星體，通過導航星庫得到的赤道坐標是其年中平位置，因為星敏感器解算的是觀測時的姿態，所以需要進行年中平位置到觀測歷元視位置的轉換，視位置計算的主要內容是：計算恒星的赤經自行和赤緯自行，修正歲差對恒星赤經赤緯的影響，修正章動對恒星赤經赤緯的影響，修正周年光行差對恒星赤經赤緯的影響，通過視位置計算對星體的赤道坐標進行精確修正后，再經轉換，就得到星體的站心地平坐標；

(5)最優化求解計算

利用傾角傳感器獲得粗略雙軸姿態信息以及當前預估姿態和位置信息，綜合采用卡爾曼（Kalman）濾波和遺傳算法進行最優化求解，使所確定導航參數的精度總是逼近最大可能精度，最后輸出求解得到的艦船姿態及位置信息。