[發明專利]一種多星圖融合的天文定位方法

在審

• 申請號: 202011147382.2
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112461231A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 周召發;張志利;常振軍;劉先一;段輝;馮磊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

本發明屬于天文導航技術領域，涉及一種多星圖融合的天文定位方法。依賴于數字天頂儀進行實驗驗證，數字天頂儀的硬件系統包括光學成像系統、高精度傾角儀及精密調平裝置；軟件系統包括星圖處理、天頂儀定位解算和傾角補償，其特征在于：包括構建恒星的像點軌跡模型、多星圖的融合、融合星圖的定位三大步驟。本發明同現有技術相比，采用這種方法進行定位可以在星圖拍攝受到外部不確定因素的影響導致少量星圖中存在著區域性星點缺失時，通過多星圖融合，保證數字天頂儀具有較高的定位精度。

技術領域

本發明屬于天文導航技術領域，涉及一種多星圖融合的天文定位方法。

背景技術

數字天頂儀是由模擬天頂儀發展而來，其最大特點是能夠精確測量出測站點的天文位 置，其在大地測量領域與天文導航領域有較多運用，其組成包括置平裝置、高精度傾角儀 、CCD敏感元件等。德國的漢諾威大學首先研制出了便攜式天頂儀系統，之后瑞士的蘇黎世理工學院等研究單位相繼開展了相關研究。相比于國外，國內科研院所在數字天頂儀方面的研究較晚，但發展速度較快，這主要得益于行業軟、硬件水平的大幅提高。中科院 西安光學精密機械研究所涉足該領域的時間最早，也研究出了許多開拓性的成果，填補了 我國在數字天頂儀領域的空白，但其側重點主要在理論分析上。我國首臺數字天頂儀樣機 的落地歸功于中國科學院國家天文臺與山東科技大學之間的強強合作，該樣機于2011年 研制成功，其工作原理與設計思路基本與國外科研機構研發的數字天頂儀樣機一致。該數 字天頂儀樣機在重量、集成化水平和定位精度等重要指標上都保持著較高的水平，其定位 精度與德國研制的數字天頂儀不差上下。由劉先一等人于2015年發表在《大地測量與地 球動力學》35卷第4期的文章《球面三角形在數字天頂儀中的運用》及張華偉等人申請 的專利《數字天頂儀旋轉軸解算方法》(發明專利申請號：201110406263.9)分別從不同 的角度研究了數字天頂儀的定位解算方法，但基于多星圖融合的思想解算天文位置鮮有提 及。目前數字天頂儀上盡管集成了高精度傾角儀，但在工作之前仍需要進行精確置平；然 后，通過旋轉拍攝的方式，結合授時系統得到視場內識別星點的天文坐標；接著，基于 GPS得到的測站點概略位置求解天球切平面坐標，進而采用多參數模型得到恒星CCD圖 像坐標與切平面坐標之間的映射關系，由于幾乎不可能正好存在一顆恒星通過天頂，所以 需要內插得到旋轉軸指向的天文坐標；最后，借助于高精度傾角儀修正得到測站點鉛垂線 方向對應的天文坐標。但是，上述的數字天頂儀天文定位方法在定位解算時還是會存在一 定的不足，拍攝時由于觀測環境等因素的影響，使得少量星圖中存在著區域性星點缺失的 狀況，若不進行相關修正，則會導致最終的定位精度降低，無法滿足數字天頂儀的精確定 位要求，因此，提出一種多星圖融合的天文定位方法。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明目的在于，提供一種充分利用多幅星圖中的 有效數據信息的多星圖融合的天文定位方法，以降低由于單幅星圖中有用數據過少而對定 位精度的影響。

現將本發明技術解決方案敘述如下：

本發明提出一種多星圖融合的天文定位方法，依賴于數字天頂儀進行實驗驗證，數字 天頂儀的硬件系統包括光學成像系統、高精度傾角儀及精密調平裝置；軟件系統包括星圖 處理、天頂儀定位解算和傾角補償，其特征在于：包括構建恒星的像點軌跡模型、多星圖 的融合、融合星圖的定位三大步驟，具體如下：

步驟1：構建恒星的像點軌跡模型

步驟1.1：通過方位旋轉的模式進行星圖的拍攝，掌握同一塊天區范圍映射到相鄰的 若干幅星圖對同一顆恒星在不同星圖中分布規律，即恒星的像點軌跡；

步驟1.2：根據不同的數據信息定義不同的坐標系；以光學主點為原點，光軸方向為 z_n軸，過測站點的天文北向為y_n軸，定義基于右手準則的坐標系o-x_ny_nz_n；以CCD平面的兩相交直角邊為x、y軸，光學主點為原點，定義基于右手準則的像平面坐標系o-xy，兩 坐標系之間的夾角記為A；