[發明專利]一種基于月相的太陽矢量方向的提取方法

有效

• 申請號: 202010218019.9
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111366149B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 楊中光;朱曉鋮;蔡志鳴;陳雯;余金培
• 申請（專利權）人: 中國科學院微小衛星創新研究院;上海微小衛星工程中心
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發明提供的一種基于月相的太陽矢量方向的提取方法，在月球敏感期坐標系內，利用月球邊緣方向與太陽矢量方向之間的夾角不變性，并聯合最小二乘法及月相信息計算得到太陽矢量方向并使用所述太陽矢量方向進行衛星導航，適用范圍廣。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，特別涉及一種基于月相的太陽矢量方向的提取方法。

背景技術

隨著航天技術的發展，衛星的自主導航能力變得愈來愈重要，其中天文導航以其自主性高、抗干擾性強、無積累誤差等優勢成為自主導航的熱點，它以外部天體作為參考可以快速實現衛星自主導航。而月球作為地球夜間最亮的天體，其月相的變化反映了太陽、月球和觀測者之間的相對信息，因此從月相中可以提取太陽矢量信息。

當前基于月相的太陽矢量方法的提取方法適用范圍較窄且存在較大的測量誤差。例如，文獻“月球成像敏感器奔月段三軸定姿方法研究[C]//中國宇航學會深空探測技術專業委員會學術會議，2005”公開了一種利用月相提取太陽矢量的方法。如圖1所示，該方法利用了缺月部分的可視弦長與原弦長的比值來計算月心矢量和太陽矢量之間的夾角，并進一步根據月心矢量計算得到太陽矢量。但是該文獻中的方法適用于距離月球較遠的情況，且與月球邊緣輪廓相比，由太陽引起的缺月邊緣會比較模糊，因此計算得到的太陽矢量方向精度較低。

發明內容

針對現有技術中的部分或全部問題，本發明提供一種基于月相的太陽矢量方向的提取方法，包括：

選取邊緣點Q_i；

計算月心O_m指向所述邊緣點Q_i的矢量方向所述月心指向邊緣點的矢量方向又稱月球邊緣方向；以及

根據月心O_m指向所述邊緣點Q_i的矢量方向，計算太陽矢量方向S＝(x_s y_s z_s)^T，其中，

進一步地，所述邊緣點包括N個，其中N為大于1的自然數。

進一步地，所述月相是通過月球敏感器拍攝月球得到的。

進一步地，所述月球邊緣方向及太陽矢量方向基于月球敏感器坐標系計算得到。

進一步地，所述月球邊緣方向通過正弦定理及所述月球在成像焦平面上的映射與所述月球敏感器的焦點的幾何關系計算得到。

進一步地，所述太陽矢量方向根據最小二乘法計算得到。

進一步地，所述方法還包括使用所述太陽矢量方向進行衛星導航。

本發明提供的基于月相的太陽矢量方向的提取方法，利用月相邊緣的多像素信息，根據月心矢量方向測量值以及當前月相，并結合最小二乘法，計算得到太陽在月球敏感器坐標系下的矢量方向，減小了測量誤差的影響。與現有技術相比，該方法計算簡單，且適用范圍廣，既適用于月心矢量方向與月球敏感器光軸存在任意夾角的情況，又適用于與月球之間不同距離的情況。

附圖說明

為進一步闡明本發明的各實施例的以上和其它優點和特征，將參考附圖來呈現本發明的各實施例的更具體的描述。可以理解，這些附圖只描繪本發明的典型實施例，因此將不被認為是對其范圍的限制。在附圖中，為了清楚明了，相同或相應的部件將用相同或類似的標記表示。

圖1示出現有技術中的利用弦長比值來計算太陽矢量方向的示意圖；

圖2示出本發明一個實施例的一種基于月相的太陽矢量方向的提取方法的流程示意圖；以及

圖3示出本發明一個實施例的一種基于月相的太陽矢量方向的提取方法中利用月球敏感器拍攝月球得到的月相示意圖。

具體實施方式