[發明專利]一種快速指向與跟蹤裝置及方法

有效

• 申請號: 201710305175.7
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107121691B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 趙馨;張雷;宋延嵩;劉云清;董科研
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01S19/49
• 分類號: G01S19/49;G05D3/10
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

本發明涉及一種快速指向與跟蹤裝置，其特征在于：光學系統、濾光片、CCD相機、第一GPS天線、第二GPS天線、GPS/INS主機順次固聯在連接板上面；觀靶鏡固聯在連接板下面；連接板安置在赤道儀上；赤道儀安置在支架上；其中CCD相機通過線纜與計算機連接；第一GPS天線通過線纜與GPS/INS主機連接；第二GPS天線通過線纜與GPS/INS主機連接；GPS/INS主機通過線纜與計算機連接；赤道儀通過線纜與計算機連接。其能完成對選定恒星或目標的快速指向與高精度跟蹤，跟蹤裝置借助雙天線GPS/INS組合導航與定位系統提供的位置與姿態角信息實現赤道儀極軸對準。使用卡爾曼濾波技術將光電成像跟蹤系統與赤道儀跟蹤系統組合到一起應用，使系統具有較強的抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及一種快速指向與跟蹤裝置及方法，屬于自動控制技術領域。

技術背景

目前對恒星的跟蹤采用的兩種主要采用兩種方法，一是使用赤道儀對恒星進行指向與跟蹤時，但是存在極軸對準時間較長，指向誤差大等缺點，而且當長時間跟蹤時，誤差累積效應會使被跟蹤的恒星跑出跟蹤視場而造成目標丟失。二是使用光電成像跟蹤系統對恒星進行跟蹤可達到較高的跟蹤精度，但是當出現遮擋時會使被跟蹤的恒星目標丟失。而將兩種跟蹤方式以適當方式組合到一起完成對恒星的跟蹤目前還沒有報道。

這里提出一種對恒星的指向與跟蹤復合方法，將赤道儀跟蹤與光電跟蹤以卡爾曼濾波的方式組合到一起，既能夠保證較高的跟蹤精度，又不會因為遮擋等使被跟蹤的目標丟失。在跟蹤選定恒星時，如果目標特性較好，使用光電成像系統進行跟蹤，同時可在跟蹤過程中完成對赤道儀累積誤差的修正；當使用當目標特性不好時，使用赤道儀系統進行跟蹤。同時，提出將雙天線GPS/INS組合導航定位系統應用到赤道儀的極軸對準上，實現赤道儀極軸的快速、準確對準。通過上述原理與方法，可實現對選定恒星的快速指向與高精度跟蹤，具有廣泛的應用前景，將極大提高對選定恒星指向與跟蹤的效率，節省人力與物力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速指向與跟蹤裝置及方法，能完成對選定恒星或目標的快速指向與高精度跟蹤，跟蹤裝置借助雙天線GPS/INS組合導航與定位系統提供的位置與姿態角信息實現赤道儀極軸對準。使用卡爾曼濾波技術將光電成像跟蹤系統與赤道儀跟蹤系統組合到一起應用，使系統具有較強的抗干擾能力。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種快速指向與跟蹤裝置，由計算機、光學系統、濾光片、CCD相機、第一GPS天線、第二GPS天線、GPS/INS主機、連接板、觀靶鏡、赤道儀、支架構成；其特征在于：光學系統、濾光片、CCD相機、第一GPS天線、第二GPS天線、GPS/INS主機順次固聯在連接板上面；觀靶鏡固聯在連接板下面；連接板安置在赤道儀上；赤道儀安置在支架上；其中CCD相機通過線纜與計算機連接；第一GPS天線通過線纜與GPS/INS主機連接；第二GPS天線通過線纜與GPS/INS主機連接；GPS/INS主機通過線纜與計算機連接；赤道儀通過線纜與計算機連接。

一種快速指向與跟蹤的方法，其特征在于具體步驟如下：

（1）首先將計算機，CCD相機，GPS/INS主機，赤道儀分別通電自檢，進入工作狀態；

（2）使用光學系統，濾光片，CCD相機對選定的恒星成像，通過光斑質心算法計算光斑位置坐標，調整赤道儀使恒星成像在CCD相機的靶面中心；

（3）通過GPS/INS主機獲得赤道儀的WGS-84坐標系下的位置坐標，俯仰角，方位角，橫滾角；

（4）調整赤道儀使其俯仰角為零度，橫滾角為零度，方位角指向正北方向，實現赤道儀極軸對準；

（5）建立卡爾曼濾波算法模型，模型輸入量包括光斑位置坐標，赤道儀的俯仰角與方位角，模型輸出量為赤道儀的俯仰角與方位角；

（6）計算機接收CCD相機提供的脫靶量信息與赤道儀提供的角度信息，在計算機通過卡爾曼濾波算法模型后生成復合控制時使所需俯仰角與方位角；