[發明專利]一種基于雙軸水平儀的單星定向方法

有效

• 申請號: 202111348637.6
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114111762B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 熊琨;王春喜;唐聲權;沙春哲;姜蘇洋;劉莎;吳躍;王震;趙功偉;劉麗艷;王正捷
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C1/02;G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉西云

本發明提供一種基于雙軸水平儀的單星定向方法，利用雙軸水平儀的測量的兩軸不水平度信息，實現了對單天體目標的觀測持續輸出定向測量，大大減小了伺服式星敏感器在多個天體間切換時帶來的天體預測和姿態變化帶來的問題，使得在成功捕獲1個天體后便可依靠脫靶量實現長期持續高更新率測量，而不再需要對多個天體進行同時跟蹤，減少了對觀測天體數量的需求；本發明特別適合全天時天文定向設備在晝間凝視單一目標并保持跟蹤，在晝間還可以改用太陽等明顯目標進行姿態測量，光電探測的難度大大降低，提高了天文定向的數據更新速率和測量精度。

技術領域

本發明屬于絕對姿態測量領域，尤其涉及一種基于雙軸水平儀的單星定向方法。

背景技術

伺服式星敏感器旨在解決地面天文位姿測量時的全天時觀測問題。伺服式星敏感器的小視場設計在解決晝間天體可觀測性的同時，也使得天體觀測由被動捕獲變成了主動尋星。主動尋星過程包括天體預測、運動補償、穩像跟蹤等，實現難度大。而根據姿態解算原理可知，需要對2個及以上互不平行的空間矢量進行觀測才可獲得姿態信息。為此，伺服星敏感器需要持續改變觀測目標以實現姿態觀測。

目前關于伺服式星敏感器的定向方法，尚未有單星觀測定向的方法，亦尚未有基于雙軸水平信息的融合方法公布相關專利。

根據相關檢索，目前伺服式星敏感器一般采用主動式尋星觀測的方法進行姿態測量。該方法利用先驗信息，預測3至5個天體的指向，并利用概略姿態信息引導伺服進行觀測。該方法在準靜態條件下表現尚可；在動態條件下，受載體運動的影響，靠后觀測的目標極易脫出觀測視場；縱然一些星敏感器使用了陀螺等慣性器件對觀測過程中載體的姿態變化進行補償，較小的觀測視場仍然不能保證可靠的觀測。

單星跟蹤凝視在控制策略中使用脫靶量進行控制反饋，控制的魯棒性大大增強。一些天文引北的大地天文測量中常采用此方法定向，但其測量前提是保證測量設備的精調水平。這對于動態載體而言是難以實現的。

綜上所述，目前還沒有一種便捷的單星定向測量方法能夠在高動態條件下實現高更新率穩定可靠地定向。多星聯立求解不僅控制策略復雜，而且解算參考系轉換困難，難以得到高精度的方位信息。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種基于雙軸水平儀的單星定向方法，通過對雙軸水平儀冗余的不水平信息的測定，實現了單天體目標的定向測量，提高了天文定向的數據更新速率和測量精度。

一種基于雙軸水平儀的單星定向方法，包括以下步驟：

S1：將星敏感器上的六面棱體任意兩個正交的側面分別記為第一側面和第二側面，并將矢量v_right在準地平參考系X_n軸和Z_n軸上的分量分別記為t₄和t₆，其中，矢量v_right通過將第二側面的法向矢量繞準地平參考系Z_n軸旋轉設定方位角后得到；

S2：按照如下公式計算t₄和t₆：

其中，α為星敏感器上的雙軸水平儀參考系X_s軸與六面棱體參考系X軸之間的夾角，和分別為雙軸水平儀在X_s和Y_s軸上的測量示數，和分別為雙軸水平儀在X_s和Y_s軸上的測量零偏；

S3：將單個天體在棱體參考系下的觀測矢量記為v_PRI，并將星表中查詢得到的單個天體在慣性參考系的參考矢量記為v_GND，且v_GND與v_PRI滿足如下關系：