CN111637885B - 一种船载白昼星敏感器定位算法 - Google Patents
一种船载白昼星敏感器定位算法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111637885B CN111637885B CN202010397945.7A CN202010397945A CN111637885B CN 111637885 B CN111637885 B CN 111637885B CN 202010397945 A CN202010397945 A CN 202010397945A CN 111637885 B CN111637885 B CN 111637885B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- star
- coordinate system
- vector
- inertial
- quasi
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/02—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by astronomical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/24—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明一种船载白昼星敏感器定位算法,步骤如下:(1)星敏感器在不同时刻测量至少两颗恒星矢量,完成位置求解;(2)采用低通滤波器,对更新的位置信息进行滤波,剔除误差大于100m的点,得到星敏感器实际位置,适应船载行驶低速的特点。本发明在观测星较少的前提下,也能计算出精确的地理位置,对惯导***进行修正。
Description
技术领域
本发明涉及一种船载白昼星敏感器定位算法,属于星敏感器领域。
背景技术
随着航海技术的不断应用与发展,舰船对导航信息的精确度要求也愈来愈高。船舶导航参数的确定已经成为导航领域的关键技术,诸多敏感器均可完成导航任务。船载天文组合导航***一般是通过星敏感器提供精确位置,不断对惯导***进行位置修正,提高组合导航***的精度。船舶航行时间较长,为了提高***导航精度,组合导航***采用全天时工作星敏感器。
在白昼海面、水平面测量环境下,星敏感器测星能力与太空中相比显著下降,大视场白昼星敏很难解决杂光导致背景饱和的问题,因此白昼星敏相比普通星敏,通常视场较小;同时白昼应用条件下,环境复杂,由于杂光,云等影响,星点与周围像元对比度降低,像平面上提取的星点数量有限。星敏感器如何在单一时刻只能观测1~2颗观测星矢量的前提下,实现精确定位是组合导航***需要解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种天文组合导航安装阵修正方法,在观测星较少的前提下,也能计算出精确的地理位置,对惯导***进行修正。
本发明的技术方案是:一种船载白昼星敏感器定位算法,步骤如下:
(1)星敏感器在不同时刻测量至少两颗恒星矢量,完成位置求解;
(2)采用低通滤波器,对更新的位置信息进行滤波,剔除误差大于100m的点,得到星敏感器实际位置,适应船载行驶低速的特点。
所述步骤(1)的具体过程为:
11)将星敏测量矢量转移到准地理坐标系下;
其中Vs为恒星观测矢量,Am为星敏感器和惯导之间的安装矩阵,为从惯导测量坐标系到准地理坐标系的旋转矩阵,该旋转阵由惯导姿态决定,地心矢量在准地理坐标系中为[0 0 1]T,VN为准地理坐标系下的星敏观测矢量
12)设星敏惯性矢量在惯性下为Vi,将地心矢量转移到惯性坐标系下;
13)地心矢量与恒星矢量在准地理坐标系和惯性系中夹角相等,则有方程
设载体的纵摇角θ和横摇角ε则有下式
整理可得方程组
在求解方程组的过程中,组合***在测量过程中的位置变化通过惯导的测量值进行补偿,利用惯导位置的变化量,将不同星敏观测导航星时刻的载***置用第一颗导航星观测时刻载体的位置加上惯导位置的变化量来表示。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
(1)这种船载白昼星敏感器定位算法,相比普通天文组合导航***,可以在白昼观测星数量少的前提下计算出精确的地理位置,在船舶等平台的天文组合导航***中有广泛的应用前景。
(2)一般船载天文\惯性组合导航***中星敏感器位置计算都要求星敏感器视场内同时测得多颗星,对星敏感器的灵敏度提出了很高的要求;星敏感器要实现全天时工作,尺寸和重量都比较大。本发明提出的这种船载白昼星敏感器定位算法,同一时刻星敏感器视场里观测到一颗恒星,即可以满足需求,减小了星敏的尺寸和重量,同时利用了惯导水平姿态角测量值精度较高的特点,计算精确的地理位置,对惯导***进行修正。
(3)由于船体运动,不同时刻观测星位置有所差别,星敏感器利用惯导数据进行位置补偿,提高动态性能;
(4)设计了基于低速载体滤波模块,滤去因观测星测量误差较大引起的位置偏离值,提高了星敏的船载适应性。
附图说明
图1为本发明定位算法的详细过程图。
图2为地球固联坐标系下星敏定位原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
图2中Svecor1、Svector2为星敏感器观测恒星矢量,θ1、θ2为星敏感器测量坐标系下,恒星观测矢量和地心矢量方向的夹角,可知在已知UTC时间、地心方向、初始位置的的前提下,观测到两颗不同的恒星矢量,既可以解算出地理位置。
如图1所示,下面具体介绍该定位算法的详细过程。
(1)将星敏测量矢量转移到准地理坐标系下,其中Vs为恒星观测矢量,Am为星敏感器和惯导之间的安装矩阵,为从惯导测量坐标系到准地理坐标系的旋转矩阵,该旋转阵由惯导姿态决定,地心矢量在准地理坐标系中为[0 0 1]T
其中Vei为惯性坐标系下的地心矢量。
在不考虑星敏测量误差的前提下,地心矢量与恒星矢量在准地理坐标系和惯性系中夹角相等,则有方程
设载体的纵摇角θ和横摇角ε则有(4)式,可以看出在位置求解过程中,只需要用到惯导姿态的水平角,惯导姿态测量数据中,水平角误差较小,偏航角误差较大,因此可以直接把惯导水平角测量数据作为真实值。
将(3)式整理可得方程组
其中为第n颗观测星从准地理坐标系到惯导系的旋转矩阵,Vsn为第n颗观测星的测量矢量,为第n颗观测星矢量从惯性系到地球固联坐标系的旋转矩阵。可以看出方程组(6)中只有两个未知数,星敏在不同时刻测量至少两颗恒星矢量,即可完成位置求解。
在求解(6)式的过程中,组合***在测量过程中的位置变化通过惯导的测量值进行补偿,利用惯导位置的变化量,将不同星敏观测导航星时刻的载***置用第一颗导航星观测时刻载体的位置加上惯导位置的变化量来表示。
(2)位置计算完成后,采用低通滤波器,对更新的位置信息进行滤波,剔除误差大于100m的点,适应船载行驶低速的特点。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种船载白昼星敏感器定位算法,其特征在于步骤如下:
(1)星敏感器在不同时刻测量至少两颗恒星矢量,完成位置求解;
(2)采用低通滤波器,对更新的位置信息进行滤波,剔除误差大于100m的点,得到星敏感器实际位置,适应船载行驶低速的特点;
所述步骤(1)的具体过程为:
11)将星敏测量矢量转移到准地理坐标系下;
12)设星敏惯性矢量在惯性下为Vi,将地心矢量转移到惯性坐标系下;
13)根据地心矢量与恒星矢量在准地理坐标系和惯性系中夹角相等的原理,计算得到方程组;
其中Vs为恒星观测矢量,Am为星敏感器和惯导之间的安装矩阵,为从惯导测量坐标系到准地理坐标系的旋转矩阵,该旋转阵由惯导姿态决定,地心矢量在准地理坐标系中为[00 1]T,VN为准地理坐标系下的星敏观测矢量;
在求解方程组的过程中,组合***在测量过程中的位置变化通过惯导的测量值进行补偿,利用惯导位置的变化量,将不同星敏观测导航星时刻的载***置用第一颗导航星观测时刻载体的位置加上惯导位置的变化量来表示;
所述步骤13)的具体过程为:
设载体的纵摇角θ和横摇角ε则有下式
整理可得方程组
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010397945.7A CN111637885B (zh) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | 一种船载白昼星敏感器定位算法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010397945.7A CN111637885B (zh) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | 一种船载白昼星敏感器定位算法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111637885A CN111637885A (zh) | 2020-09-08 |
CN111637885B true CN111637885B (zh) | 2021-10-01 |
Family
ID=72330021
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010397945.7A Active CN111637885B (zh) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | 一种船载白昼星敏感器定位算法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111637885B (zh) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107607127A (zh) * | 2017-07-28 | 2018-01-19 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种基于外场的星敏感器内部参数标定及精度快速验证*** |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101881619B (zh) * | 2010-06-25 | 2012-03-14 | 哈尔滨工程大学 | 基于姿态测量的船用捷联惯导与天文定位方法 |
CN102426017A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-04-25 | 北京航空航天大学 | 一种基于星敏感器确定载体相对于地理坐标系姿态的方法 |
CN104501809B (zh) * | 2014-12-04 | 2017-05-24 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于姿态耦合的捷联惯导/星敏感器组合导航方法 |
CN105318871B (zh) * | 2015-11-09 | 2018-03-30 | 中国人民解放军63680部队 | 双星敏感器载体安装矩阵动态标定方法 |
CN105387874A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-03-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 船载高精度星敏感器安装角标定方法 |
CN108427427B (zh) * | 2018-03-16 | 2021-03-26 | 北京控制工程研究所 | 一种航天器对地表定向目标姿态角计算方法 |
-
2020
- 2020-05-12 CN CN202010397945.7A patent/CN111637885B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107607127A (zh) * | 2017-07-28 | 2018-01-19 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种基于外场的星敏感器内部参数标定及精度快速验证*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111637885A (zh) | 2020-09-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107270893B (zh) | 面向不动产测量的杆臂、时间不同步误差估计与补偿方法 | |
CN112066979B (zh) | 一种基于偏振位姿信息耦合迭代自主导航定位方法 | |
CN110926468B (zh) | 基于传递对准的动中通天线多平台航姿确定方法 | |
CN106405670B (zh) | 一种适用于捷联式海洋重力仪的重力异常数据处理方法 | |
CN110779521A (zh) | 一种多源融合的高精度定位方法与装置 | |
CN111077556A (zh) | 融合北斗与多传感器的机场行李牵引车定位装置与方法 | |
CN112923924B (zh) | 一种锚泊船舶姿态与位置监测方法及*** | |
CN112880669B (zh) | 一种航天器星光折射和单轴旋转调制惯性组合导航方法 | |
CN111412916A (zh) | 一种基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法 | |
CN108225336A (zh) | 一种基于置信度的偏振自主组合导航方法 | |
CN102707080B (zh) | 一种星敏感器模拟捷联惯导陀螺的方法 | |
CN104501809B (zh) | 一种基于姿态耦合的捷联惯导/星敏感器组合导航方法 | |
CN106054185A (zh) | 一种基于分布式POS的机载双天线InSAR基线计算方法 | |
CN110082033B (zh) | 一种运动状态下的水上载体重心测量装置和方法 | |
CN108151765A (zh) | 一种在线实时估计补偿磁强计误差的定位测姿方法 | |
CN114608611A (zh) | 基于组合导航后处理的光电吊舱视准轴误差校正方法 | |
CN111637885B (zh) | 一种船载白昼星敏感器定位算法 | |
CN115542363B (zh) | 一种适用于垂直下视航空吊舱的姿态测量方法 | |
CN114509071B (zh) | 一种风洞试验模型姿态测量方法 | |
CN113589343B (zh) | 一种基于月球成像敏感器的月心矢量和太阳方向提取方法 | |
CN115265599A (zh) | 双轴旋转惯导地球物理场相关陀螺零偏的快速标定方法 | |
CN112729305B (zh) | 一种基于单飞行器导引头图像信息的多目标定位方法 | |
CN113155149B (zh) | 天文/惯性组合导航半物理仿真*** | |
CN115077560A (zh) | 一种船载可见光及中波红外***光轴平行度动态检测方法 | |
CN110887475B (zh) | 一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的静基座粗对准方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |