[發(fā)明專利]一種航空星敏感器大氣折射誤差修正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010847096.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN112050832B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余道淳;李海濤;李保權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00;G01C21/02;G01N27/62;G01S13/88
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 楊青;李彪

本發(fā)明屬于航天測控技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種航空星敏感器大氣折射誤差修正方法，該方法包括：按照正割函數(shù)對(duì)大氣折射積分公式進(jìn)行級(jí)數(shù)展開，得到級(jí)數(shù)展開的最初形式，根據(jù)修正精度要求，對(duì)級(jí)數(shù)展開項(xiàng)數(shù)進(jìn)行篩選，獲得大氣折射修正模型；根據(jù)質(zhì)譜儀和非相干散射雷達(dá)，獲取海拔高度大于6000米的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)；根據(jù)NCEP再分析逐小時(shí)月平均大氣參數(shù)資料，獲取海拔高度6000米以下的大氣參數(shù)資料，根據(jù)獲取的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)和大氣參數(shù)資料，建立大氣參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停桓鶕?jù)實(shí)時(shí)獲取的輸入?yún)?shù)，對(duì)大氣折射修正模型和大氣參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行聯(lián)合處理，對(duì)大氣折射誤差進(jìn)行修正，獲得修正后的大氣折射誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天測控和大氣折射效應(yīng)研究與應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種航空星敏感器大氣折射誤差修正方法。

背景技術(shù)

航空星敏感器是民用和軍用飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)中的重要部件,通過實(shí)時(shí)拍攝星圖,再進(jìn)行星圖識(shí)別和姿態(tài)解算，實(shí)現(xiàn)對(duì)民用和軍用飛機(jī)的導(dǎo)航，因此，清晰準(zhǔn)確的星圖是研究航空星敏感器導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)。航空星敏感器工作時(shí)，會(huì)受到星敏感器本身的噪聲的干擾，航空星敏感器在成像時(shí)，也會(huì)受到多種因素的影響，比如大氣折射。

光學(xué)設(shè)備依靠光學(xué)成像原理對(duì)觀測目標(biāo)進(jìn)行測量。由于大氣密度的不均勻性,光線通過大氣層傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生彎折,即被觀測目標(biāo)到觀測者的光線并非一條直線，而是一條彎向地球的曲線,因此，給光測的測角數(shù)據(jù)帶來很大誤差,特別是，低海拔地區(qū),觀測線俯仰角較低時(shí),大氣折射給星敏感器帶來的測量誤差就更大,最大可達(dá)3’～4’，這些誤差會(huì)對(duì)航天器的導(dǎo)航精度造成影響。因此，對(duì)測量數(shù)據(jù)的大氣折射誤差，特別是對(duì)低仰角進(jìn)行有效的修正十分必要。

當(dāng)前，在大氣折射修正領(lǐng)域，折射修正多采用射線追跡法計(jì)算大氣折射誤差，射線追跡法的一般方法是利用Hopfield模型、指數(shù)模型、雙指數(shù)模型和精確分段模型，求出大氣折射率剖面，然后將大氣折射率剖面帶入大氣折射積分公式進(jìn)行近似處理，由于大氣折射參數(shù)的不確定性，以大氣折射率剖面為基礎(chǔ)的大氣折射誤差修正方法的修正精度較低，導(dǎo)致航空星敏感器的導(dǎo)航誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種航空星敏感器大氣折射誤差修正方法，針對(duì)航空星敏感器的高精度觀測需求，開展一種基于質(zhì)譜儀和非相干散射雷達(dá)，與NCEP(National?Centers?for?Environmental?Prediction，國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心)再分析逐小時(shí)月平均大氣參數(shù)資料相結(jié)合的大氣參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮娇招敲舾衅鞯拇髿庹凵湔`差修正方法，通過大氣折射修正模型和大氣參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷穆?lián)合處理，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)，海拔快速變化條件下的大氣折射修正，并且實(shí)現(xiàn)航空星敏感器仰角在20°-90°變化范圍內(nèi)，大氣折射修正精度小于1個(gè)角秒的精度要求。

本發(fā)明提供了一種航空星敏感器大氣折射誤差修正方法，該方法包括：

按照正割函數(shù)，對(duì)大氣折射積分公式進(jìn)行級(jí)數(shù)展開，得到級(jí)數(shù)展開的最初形式，根據(jù)修正精度要求，對(duì)級(jí)數(shù)展開項(xiàng)數(shù)進(jìn)行篩選，獲得大氣折射修正模型；

根據(jù)質(zhì)譜儀和非相干散射雷達(dá)，獲取海拔高度大于6000米的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)；根據(jù)NCEP再分析逐小時(shí)月平均大氣參數(shù)資料，獲取海拔高度6000米以下的大氣參數(shù)資料，根據(jù)獲取的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)和大氣參數(shù)資料，建立大氣參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的輸入?yún)?shù)，對(duì)大氣折射修正模型和大氣參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行聯(lián)合處理，對(duì)大氣折射誤差進(jìn)行修正，獲得修正后的大氣折射誤差。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)之一，所述按照正割函數(shù)sec(σ_z)，對(duì)大氣折射積分公式進(jìn)行級(jí)數(shù)展開，得到級(jí)數(shù)展開的最初形式，根據(jù)修正精度要求，對(duì)級(jí)數(shù)展開項(xiàng)數(shù)進(jìn)行篩選，獲得大氣折射修正模型；具體為：

對(duì)大氣折射積分公式進(jìn)行等效變量替換：

令：