[發明專利]一種運動平臺下基于D-H矩陣建模的望遠鏡指向誤差修正方法

有效

• 申請號: 202110646764.8
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113390438B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 黃永梅;彭超;賀東;王愿康;袁良柱;徐楊杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發明公開了一種運動平臺下基于D?H矩陣建模的望遠鏡指向誤差修正方法。動平臺上望遠鏡的指向誤差包含望遠鏡本身的系統誤差、姿態傳感器的測量誤差和姿態傳感器與望遠鏡之間的安裝誤差。本發明在對誤差源分析的基礎上，通過D?H方法建立了動平臺上指向誤差的修正模型，包括誤差參數計算模型和引導值計算模型。該模型同時考慮了所有誤差源，且避免了誤差參數耦合的影響，提高了指向修正精度。本發明的方法首先跟蹤多顆恒星獲取指向數據，然后利用誤差參數計算模型一步計算出所有誤差參數，再通過目標信息和引導值計算模型兩步計算得到誤差校正后的引導值。本發明的方法易于實現、修正精度高，性能穩定，能夠實現運動平臺望遠鏡的快速高精度指向。

技術領域

本發明涉及運動平臺下望遠鏡指向修正的技術領域，具體涉及一種運動平臺下基于D-H矩陣建模的望遠鏡指向誤差修正方法。

背景技術

望遠鏡在天文觀測、光通信等領域具有十分廣泛的應用，它主要作為一種光電跟蹤設備對目標進行閉環跟蹤測量。用望遠鏡對目標進行指向是望遠鏡開始工作的第一步，只有高精度的指向才能保證將目標引入視場，進而閉環跟蹤。而望遠鏡在加工裝配過程中會不可避免的存在機械誤差和裝配誤差等，使得望遠鏡本身存在系統誤差，造成指向精度的降低。通過提高機械制造精度的方法來提高指向精度往往是非常昂貴的，現在通用的方法是利用模型算法來補償望遠鏡的指向誤差。這不僅能夠保證望遠鏡的高精度指向，也降低了生產制造成本。

相對于地基平臺上的望遠鏡系統，安裝在運動平臺上的望遠鏡系統不僅具有望遠鏡本身的系統誤差，還有姿態傳感器的測量誤差和姿態傳感器與望遠鏡之間的安裝誤差。這些誤差將造成動平臺上望遠鏡指向精度的進一步降低。

D-H(Denavit–Hartenberg)方法是望遠鏡指向建模最常用的方法，該方法用旋轉矩陣來表示每一個誤差源對望遠鏡視軸指向的影響，并通過一定的順序將所有旋轉矩陣聯系起來，最終建立起望遠鏡的指向誤差模型。地基平臺上望遠鏡指向誤差的機架模型就是通過該方法建立的，且已經獲得了相當高的指向精度。

由于現在地基平臺望遠鏡的指向誤差模型精度非常高，所以在動平臺上基本上都是直接套用地基望遠鏡的指向模型，比如機架模型和基本參數模型。然而由于動平臺望遠鏡的誤差源更多更復雜，且存在誤差耦合，直接套用是不合理的，也無法真正有效提高動平臺上望遠鏡的指向精度。本發明的指向誤差修正方法是從各誤差源的影響機理出發，利用D-H方法從原理上推導得到的。本發明的方法利用誤差參數計算模型一步計算出所有誤差參數，利用引導值計算模型兩步計算得到誤差校正后的引導值，避免了誤差耦合的影響，提高了指向精度，且易于實現，性能穩定，能夠實現運動平臺望遠鏡的快速高精度指向。

發明內容

本發明的目的在于提供一種從原理上推導得到的運動平臺下基于D-H矩陣建模的望遠鏡指向誤差修正方法，用于實現運動平臺望遠鏡的快速高精度指向。

本發明采用的技術方案為：一種運動平臺下基于D-H矩陣建模的望遠鏡指向誤差修正方法，具有以下步驟：

(1)用安裝在運動平臺上的望遠鏡觀測若干顆恒星，記錄下各恒星的地平系位置角，該地平系位置角包括方位角A_n、俯仰角E_n，并記錄下望遠鏡對恒星的測量方位角A、俯仰角E，以及姿態傳感器測得運動平臺的三個姿態角，即航向角H、俯仰角P和橫滾角R；

(2)通過所述三個姿態角，將恒星在地平系下的方位角轉換為在慣導系中的單位方向矢量(x_g,y_g,z_g)^T，(x_g,y_g,z_g)^T即為恒星在慣導系中的歸一化坐標；

(3)用基于D-H矩陣推導得到的誤差參數計算模型一步計算出所有誤差參數