CN115200573B - 空间目标的测量装备定位方法、***和存储介质 - Google Patents

空间目标的测量装备定位方法、***和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种空间目标的测量装备定位方法、***和存储介质，获取空间目标相对于测量装备的位置测量数据；将空间目标相对于测量装备的位置测量数据从以测量装备为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到第一三维位置数据；将测量装备的第一三维位置数据从第二天球坐标系转换至地球坐标系，得到第二三维位置数据；根据空间目标的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的空间目标的第三三维位置数据；基于第二三维位置数据和第三三维位置数据，确定地球坐标系下的测量装备的位置定位数据；由此，本发明能够不依赖于GNSS和大地测量的新方法，以完成天基测量装备的高精度定位。

Description

空间目标的测量装备定位方法、***和存储介质
技术领域
本发明涉及空间目标测量技术领域，具体涉及一种空间目标的测量装备定位方法、***和存储介质。
背景技术
空间目标的测量装备是太空态势感知体系的重要设备，为完成对空间目标的高精度测量与定轨，需要知道测量装备自身的精确位置。根据测量装备自身的精确位置和获取的测量数据，才能完成对目标的定位。
目前空间目标测量装备主要分为地基和天基设备，现在的地基设备大多通过高精度大地测量或者通过全球导航卫星***（GNSS）测量获得自身精确位置坐标，或者通过拍摄恒星方式解算站址自身的天文经纬度，结合高程地图获得精确站址。而对于天基（主要为机载或星载）测量装备而言，在无GNSS信号或GNSS信号受到干扰时，测量装备将无法完成自身定位，进而导致空间目标测量精度下降或者失效，为此，需要研究不依赖于GNSS和大地测量的新方法，以完成天基测量装备的高精度定位。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何对天基测量装备进行高精度定位。
根据第一方面，一种实施例中提供一种空间目标的测量装备定位方法，包括：
获取空间目标相对于测量装备的位置测量数据，所述位置测量数据为以所述测量装备为中心的第一天球坐标系下的位置测量数据；
将所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据从以所述测量装备为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到所述测量装备在所述第二天球坐标系下的第一三维位置数据；
将所述测量装备的第一三维位置数据从所述第二天球坐标系转换至所述地球坐标系，得到在地球坐标系下的所述测量装备相对于所述空间目标的第二三维位置数据；
获取所述空间目标的精密星历，根据所述空间目标的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的所述空间目标的第三三维位置数据；
基于所述第二三维位置数据和所述第三三维位置数据，确定所述地球坐标系下的所述测量装备的位置定位数据。
根据第二方面，一种实施例中提供一种空间目标的测量装备定位***，包括：
空间目标，所述空间目标为已知精密星历的空间目标；
测量装备，用于观测并跟踪所述空间目标，以获取所述空间目标的图像数据；
搭载平台，用于搭载所述测量装备；
数据处理服务器，用于获取所述空间目标的图像数据，并根据所述空间目标的图像数据，确定所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据；
所述数据处理服务器还用于将所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据从以所述测量装备为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到所述测量装备在所述第二天球坐标系下的第一三维位置数据；将所述测量装备的第一三维位置数据从所述第二天球坐标系转换至所述地球坐标系，得到在地球坐标系下的所述测量装备相对于所述空间目标的第二三维位置数据；获取所述空间目标的精密星历，根据所述空间目标的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的所述空间目标的第三三维位置数据；基于所述第二三维位置数据和所述第三三维位置数据，确定所述地球坐标系下的所述测量装备的位置定位数据。
根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上述实施例所述的方法。
依据上述实施例的空间目标的测量装备定位方法/***，获取空间目标相对于测量装备的位置测量数据；将空间目标相对于测量装备的位置测量数据从以测量装备为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到第一三维位置数据；将测量装备的第一三维位置数据从第二天球坐标系转换至地球坐标系，得到第二三维位置数据；根据空间目标的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的空间目标的第三三维位置数据；基于第二三维位置数据和第三三维位置数据，确定地球坐标系下的测量装备的位置定位数据；由此，本发明能够不依赖于GNSS和大地测量方法，完成天基测量装备的高精度定位。
附图说明
图1为一种实施例的空间目标的测量装备定位***的结构示意图；
图2为一种实施例的空间目标的测量装备定位方法流程图；
图3为第一天球坐标系和过渡坐标系之间的转换关系示意图；
图4为过渡坐标系和第二天球坐标系之间的转换关系示意图；
图5为第二天球坐标系和地球坐标系之间的转换关系示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
天基测量装备是指搭载在空中平台（例如飞机、卫星）的测量装备，针对天基的空间目标测量装备在GNSS信号受到干扰或者测量装备高于GPS卫星轨道时，无法完成自身定位的问题，本发明实施例通过测量装备对已知精密星历的空间目标的拍摄测量实现，无需额外设备保障，操作简单，运算量小，实现天基测量装备的高精度定位，从而实现对其他空间目标的定轨测量。
请参考图1，图1为一种实施例的空间目标的测量装备定位***的结构示意图，以下简称测量装备定位***，该测量装备定位***包括：空间目标101、测量装备102、搭载平台103和数据处理服务器104。
空间目标101为已知精密星历的空间目标，例如人造卫星，以北斗卫星为例，其精密星历的定位误差小于0.2m。
测量设备102稳定固定在搭载平台103上，测量设备102用于观测并跟踪空间目标101，常见的搭载平台103包括：飞机、卫星等，在天气允许的情况下，测量装备102先进行观测前的星校，测量装备102接收空间目标101的观测计划，并加载空间目标101的预报信息并对其进行解算，计算出空间目标101的过境具体时间，以及测量装备102的方位角度、俯仰角度等信息，最后生成测量装备102自身的观测任务，并在指定的天区进行等待。一旦空间目标101进入测量装备102的视场，测量装备102将自动跟踪观测空间目标101，获得多幅空间目标101和恒星的同帧画幅图像数据，即获取到空间目标101的图像数据。
数据处理服务器104与测量装备102通信连接，数据处理服务器104获取测量装备102输出的空间目标101的图像数据，通过天文定位方式获取空间目标101相对于测量装备102的视赤经和视赤纬数据，即获取到测量装备102的位置测量数据。
数据处理服务器104获取测量装备102的位置测量数据具体方法如下：
（1）根据获取的空间目标101的图像数据、观测时间等信息，快速检索星表，找出测量装备102的视场中的恒星（定标星），根据找出的恒星位置，计算恒星对应的理想坐标数据，并通过修正矩分析法计算恒星的实测坐标数据。
（2）根据恒星的个数，采用不同的探测器处理模型，计算出探测器处理模型的系数。
（3）对测量装备102输出的空间目标101的图像数据进行背景非均匀性消除、星图配准、差帧去除星图、图像多帧叠加、二值化处理等处理，采用基于各向异性高斯曲面拟合的星点质心提取方法提取空间目标101的星象，并通过修正矩分析法计算空间目标101的实测坐标数据。
（4）根据探测器处理模型的系数和空间目标101的实测坐标数据，计算空间目标101的理想坐标数据，进而得到空间目标101在以测量装备102为中心的第一天球坐标系中的位置测量数据，即空间目标101相对于测量装备102的视赤经和视赤纬。
本实施例通过以上方法实现对不少于2个空间目标多个弧段的观测，获取多组空间目标相对于测量设备102的位置测量数据。
基于以上方法获取的空间目标101相对于测量设备102的位置测量数据，数据处理服务器104对测量设备102进行定位计算。请参考图2，图2为一种实施例的空间目标的测量装备定位方法流程图，该测量装备定位方法应用于数据处理服务器104，其包括步骤201至步骤205。
步骤201：获取空间目标101相对于测量装备102的位置测量数据，该位置测量数据为以测量装备102为中心的第一天球坐标系下的位置测量数据。
步骤202：将空间目标101相对于测量装备102的位置测量数据从以测量装备102为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到测量装备102在第二天球坐标系下的第一三维位置数据。本实施例基于构建的过渡坐标系，将位置测量数据从第一天球坐标系转换到第二天球坐标系。
步骤203：将测量装备102的第一三维位置数据从第二天球坐标系转换至地球坐标系，得到在地球坐标系下的测量装备相对于空间目标的第二三维位置数据。
步骤204：获取空间目标101的精密星历，根据空间目标101的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的空间目标101的第三三维位置数据。
步骤205：基于第二三维位置数据和第三三维位置数据，确定地球坐标系下的测量装备102的位置定位数据。
下面对本实施例涉及的坐标系进行说明。
第一天球坐标系（O1-X1Y1Z1）以测量装备102的质心为原点O1，以原点O1指向春分点方向为X1轴的正方向，Z1轴平行于地球自转轴，由地心指向北天极方向为Z1轴的正方向，Y1轴位于过原点的平面内，且Y1轴与X1轴 、Z1轴构成右手直角坐标系。
过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）为以空间目标101的质心为原点，以原点O2指向春分点方向为X2轴的正方向，Z2轴平行于地球自转轴，由地心指向北天极方向为Z2轴的正方向，Y2轴位于过原点的平面内，且Y2轴与X2轴、Z2轴构成右手直角坐标系。
第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）以地心为原点O3，Z3轴平行于地球自转轴，由地心指向北天极方向为Z3轴的正方向，X3轴在赤道面上，由地心指向春分点方向为X3轴的正方向，Y3轴在赤道面上，且Y3轴与X3轴、Z3轴构成右手直角坐标系。
地球坐标系（O4-X4Y4Z4）以地心为原点O4，由原点O4指向给定的协议地球极CIP的方向为Z4轴的正方向，X4轴在赤道平面内，由原点O4指向给定的经度零点为正方向，Y4轴位于赤道平面内，Y4轴与X4轴、Z4轴构成右手直角坐标系。
在一实施例中，步骤202中，将空间目标101相对于测量装备102的位置测量数据从以测量装备102为中心的第一天球坐标系（O1-X1Y1Z1）转换至以地心为中心的第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3），得到测量装备102在第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）下的第一三维位置数据，包括：
步骤2021：构建过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）。为了实现测量装备的定位，本发明提出建立过渡坐标系（O2-X2Y2Z2），过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）与以测量装备102为中心的第一天球坐标系相比，除坐标原点不同之外，各坐标轴的指向方向相同。
步骤2022：将空间目标101相对于测量装备102的位置测量数据从第一天球坐标系（O1-X1Y1Z1）转换到过渡坐标系（O2-X2Y2Z2），得到测量装备102在过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）下的第四三维位置数据。
如图3所示，图3示出了第一天球坐标系（O1-X1Y1Z1）和过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）之间的转换关系，具体为：
空间目标
Figure 382952DEST_PATH_IMAGE001
在第
Figure 497976DEST_PATH_IMAGE002
时刻相对于测量装备102的位置测量数据为(
Figure 110223DEST_PATH_IMAGE003
,
Figure 991592DEST_PATH_IMAGE004
)，位置测量数据(
Figure 81908DEST_PATH_IMAGE003
,
Figure 591386DEST_PATH_IMAGE004
)是在第一天球坐标系（O1-X1Y1Z1）下。假定此时空间目标
Figure 108955DEST_PATH_IMAGE005
在第
Figure 477620DEST_PATH_IMAGE002
时刻到测量装备102的距离为
Figure 106047DEST_PATH_IMAGE006
，则在过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）中，测量装备102在第
Figure 1191DEST_PATH_IMAGE002
时刻的位置数据(
Figure 424082DEST_PATH_IMAGE007
,
Figure 142027DEST_PATH_IMAGE008
)及测量装备102与空间目标之间在第
Figure 715091DEST_PATH_IMAGE002
时刻的距离
Figure 199161DEST_PATH_IMAGE009
分别为：
Figure 324112DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 401790DEST_PATH_IMAGE003
为空间目标
Figure 903178DEST_PATH_IMAGE005
在第
Figure 241756DEST_PATH_IMAGE002
时刻的视赤经，
Figure 678553DEST_PATH_IMAGE004
为空间目标
Figure 102581DEST_PATH_IMAGE005
在第
Figure 283027DEST_PATH_IMAGE002
时刻的视赤纬，
Figure 476111DEST_PATH_IMAGE007
为测量装备102在第
Figure 208444DEST_PATH_IMAGE002
时刻的视赤经，
Figure 995134DEST_PATH_IMAGE008
为测量装备102在第
Figure 575675DEST_PATH_IMAGE002
时刻的视赤纬，
Figure 154424DEST_PATH_IMAGE006
为在第一天球坐标系（O1-X1Y1Z1）下空间目标
Figure 667445DEST_PATH_IMAGE005
在第
Figure 66066DEST_PATH_IMAGE002
时刻到测量装备102的距离，
Figure 712948DEST_PATH_IMAGE009
为过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）下测量装备102与空间目标
Figure 755990DEST_PATH_IMAGE005
之间在第
Figure 564546DEST_PATH_IMAGE002
时刻的距离。
将测量装备102在第
Figure 450462DEST_PATH_IMAGE002
时刻的位置数据(
Figure 510822DEST_PATH_IMAGE007
,
Figure 798584DEST_PATH_IMAGE008
)及测量装备102与空间目标
Figure 778041DEST_PATH_IMAGE005
之间在第
Figure 292199DEST_PATH_IMAGE002
时刻的距离
Figure 18234DEST_PATH_IMAGE009
转换为三维空间直角坐标，可得到第四三维位置数据
Figure 894924DEST_PATH_IMAGE011
，具体公式为：
Figure 451807DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 46736DEST_PATH_IMAGE011
为测量装备102在过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）下第
Figure 573533DEST_PATH_IMAGE002
时刻的第四三维位置数据。
步骤2023：将测量装备102在过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）下的第四三维位置数据转换到第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）中，得到测量装备102在第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）下的第一三维位置数据。
除坐标原点不同外，过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）和第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）的坐标轴指向天***置的表示方法相同，过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）可看作第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）的原点平移到以空间目标101为原点的坐标系。如图4所示，图4示出了过渡坐标系（O2-X2Y2Z2）和第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）的转换关系，则测量装备102在第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）的第一三维位置数据为：
Figure 445674DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 32513DEST_PATH_IMAGE014
为测量装备102在第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）的第一三维位置数据；
Figure 255684DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 320592DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 437452DEST_PATH_IMAGE017
为空间目标
Figure 70559DEST_PATH_IMAGE005
在第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）的三维位置数据。
在一实施例中，步骤203中，通过以下方式将测量装备102的第一三维位置数据从第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）转换至地球坐标系系（O4-X4Y4Z4），得到在地球坐标系（O4-X4Y4Z4）下的测量装备102相对于空间目标101的第二三维位置数据。
第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）与地球坐标系系（O4-X4Y4Z4）之间的转换关系具体为：
定义旋转矩阵为：
Figure 640081DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 523328DEST_PATH_IMAGE019
为绕X轴旋转
Figure 370061DEST_PATH_IMAGE020
的旋转矩阵；
Figure 33124DEST_PATH_IMAGE021
为绕Y轴旋转
Figure 89941DEST_PATH_IMAGE022
的旋转矩阵；
Figure 496652DEST_PATH_IMAGE023
为绕Z轴旋转
Figure 463471DEST_PATH_IMAGE024
的旋转矩阵。
假设通过精密星历获取的空间目标
Figure 297435DEST_PATH_IMAGE005
在
Figure 982494DEST_PATH_IMAGE002
时刻的三维坐标为
Figure 192895DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 873275DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 143720DEST_PATH_IMAGE027
。空间目标
Figure 50496DEST_PATH_IMAGE005
在
Figure 801939DEST_PATH_IMAGE002
时刻转换至第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）的转换矩阵为
Figure 602405DEST_PATH_IMAGE028
，则空间目标
Figure 919116DEST_PATH_IMAGE005
在
Figure 172243DEST_PATH_IMAGE002
时刻在第二天球坐标系（O3-X3Y3Z3）的三维坐标
Figure 724447DEST_PATH_IMAGE029
为：
Figure 254786DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 132612DEST_PATH_IMAGE031
为转换矩阵。
在一实施例中，步骤204中，根据空间目标101的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的空间目标101的第三三维位置数据，包括：
在一插值区间内，对空间目标101的精密星历内插任意时刻的空间目标，以获取预设观测时刻在地球坐标系下的空间目标101的第三三维位置数据。
本实施例根据以下公式对空间目标
Figure 873035DEST_PATH_IMAGE005
在插值区间中，内插任意时刻的空间目标：
Figure 697771DEST_PATH_IMAGE032
Figure 82616DEST_PATH_IMAGE033
Figure 131344DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure 361992DEST_PATH_IMAGE035
表示预设观测时刻t空间目标
Figure 131365DEST_PATH_IMAGE005
的插值位置数据，
Figure 495351DEST_PATH_IMAGE036
为插值样本点历元，(
Figure 449400DEST_PATH_IMAGE037
)为
Figure 164415DEST_PATH_IMAGE036
时刻空间目标
Figure 737479DEST_PATH_IMAGE005
的位置数据。通过不断变换插值区间，待插值点t位于插值区间的中心位置，计算预设观测时刻t的空间目标
Figure 221550DEST_PATH_IMAGE005
的位置数据，即得到地球坐标系下的空间目标
Figure 346501DEST_PATH_IMAGE005
的第三三维位置数据。
在本实施例中，为了提高测量装备102的定位精度，空间目标101的数量不少于2个，即，测量装备102对不少于2颗人造卫星进行观测测量，设根据三角公式可求得测量装备102在地球坐标系（O4-X4Y4Z4）中的三维坐标
Figure 158599DEST_PATH_IMAGE038
，通过上述的坐标转换，可得：
Figure 925567DEST_PATH_IMAGE039
或
Figure 264144DEST_PATH_IMAGE040
式中，
Figure 435362DEST_PATH_IMAGE041
分别表示在
Figure 862320DEST_PATH_IMAGE002
时刻第1个、第2个…第
Figure 901820DEST_PATH_IMAGE005
个空间目标101与测量装备102之间的距离；
Figure 235850DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 968182DEST_PATH_IMAGE043
表示在
Figure 613927DEST_PATH_IMAGE002
时刻通过精密星历获取的第
Figure 191539DEST_PATH_IMAGE005
个空间目标101的第三三维位置数据；
Figure 380075DEST_PATH_IMAGE044
表示在
Figure 17730DEST_PATH_IMAGE002
时刻测量装备102给出的第
Figure 416350DEST_PATH_IMAGE005
个空间目标101的视赤经；
Figure 938598DEST_PATH_IMAGE045
表示在
Figure 106275DEST_PATH_IMAGE002
时刻测量装备102给出第
Figure 906042DEST_PATH_IMAGE005
个空间目标101的视赤纬。
由以上公式联立方程组可求得未知解
Figure 667324DEST_PATH_IMAGE046
，从而得到测量装备在地球坐标系中的位置为：
Figure 852318DEST_PATH_IMAGE047
其中，
Figure 874500DEST_PATH_IMAGE048
表示中间参数；
Figure 853958DEST_PATH_IMAGE049
Figure 368116DEST_PATH_IMAGE050
表示在
Figure 91221DEST_PATH_IMAGE002
时刻通过精密星历获取的第
Figure 108856DEST_PATH_IMAGE051
个空间目标101在地球坐标系下在X4轴和Y4轴方向的位置数据，
Figure 524794DEST_PATH_IMAGE052
表示在
Figure 119723DEST_PATH_IMAGE002
时刻测量装备102给出第
Figure 521885DEST_PATH_IMAGE051
个空间目标101的视赤经，
Figure 518660DEST_PATH_IMAGE053
表示在
Figure 108429DEST_PATH_IMAGE002
时刻测量装备102给出第
Figure 66021DEST_PATH_IMAGE005
个空间目标101的视赤经。
在本发明实施例中，通过测量装备102自身对空间目标101的拍摄测量实现，无需额外设备保障，操作简单，运算量小，实现任意超GEO轨道的测量装备等天基观测点装备的高精度定位，从而实现对其他空间目标的定轨测量。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的***进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种空间目标的测量装备定位方法，其特征在于，包括：
获取空间目标相对于测量装备的位置测量数据(
Figure 666914DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 115344DEST_PATH_IMAGE002
)，所述位置测量数据为以所述测量装备为中心的第一天球坐标系下的位置测量数据，
Figure 209202DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 334153DEST_PATH_IMAGE002
分别为空间目标
Figure DEST_PATH_IMAGE003
在
Figure 346583DEST_PATH_IMAGE004
时刻的视赤经和视赤纬，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，假定此时空间目标
Figure 801967DEST_PATH_IMAGE003
到测量装备的距离为
Figure 140544DEST_PATH_IMAGE006
；
将所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据从以所述测量装备为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到所述测量装备在所述第二天球坐标系下的第一三维位置数据；所述第一三维位置数据为
Figure 921549DEST_PATH_IMAGE007
，其中，(
Figure 345578DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 604652DEST_PATH_IMAGE010
)为空间目标
Figure 797736DEST_PATH_IMAGE003
在
Figure 139855DEST_PATH_IMAGE004
时刻在第二天球坐标系下的三维位置数据；
获取所述空间目标的精密星历，根据所述空间目标的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的所述空间目标的第三三维位置数据(
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 132738DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
)；
Figure 929924DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为转换矩阵；
基于所述位置测量数据、所述第一三维位置数据和所述第三三维位置数据，确定所述地球坐标系下的所述测量装备的位置定位数据；具体为，将所述测量装备的第一三维位置数据从所述第二天球坐标系转换至地球坐标系，得到公式
Figure 524984DEST_PATH_IMAGE016
；根据
Figure 162639DEST_PATH_IMAGE003
个空间目标在
Figure 311992DEST_PATH_IMAGE004
时刻的位置测量数据和第三三维位置数据，由以上公式联立方程组求得未知解
Figure 693294DEST_PATH_IMAGE017
，从而得到测量装备在地球坐标系中的位置(
Figure 736337DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 292695DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 178612DEST_PATH_IMAGE020
)；
将所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据从以所述测量装备为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到所述测量装备在所述第二天球坐标系下的第一三维位置数据，包括：
构建过渡坐标系，所述过渡坐标系为以所述空间目标的质心为原点O2，以原点O2指向春分点方向为X2轴的正方向， Z2轴平行于地球自转轴，由地心指向北天极方向为Z2轴的正方向，Y2轴位于过原点的平面内，且Y2轴与X2轴、Z2轴构成右手直角坐标系；
将所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据从第一天球坐标系转换到所述过渡坐标系，得到所述测量装备在所述过渡坐标系下的第四三维位置数据；
将所述测量装备在所述过渡坐标系下的第四三维位置数据转换到所述第二天球坐标系中，得到所述测量装备在所述第二天球坐标系下的第一三维位置数据。
2.如权利要求1所述的测量装备定位方法，其特征在于，所述第一天球坐标系以测量装备的质心为原点O1，以原点O1指向春分点方向为X1轴的正方向;Z1轴平行于地球自转轴，由地心指向北天极方向为Z1轴的正方向;Y1轴位于过原点的平面内，且Y1轴与X1轴、Z1轴构成右手直角坐标系。
3.如权利要求1所述的测量装备定位方法，其特征在于，所述第二天球坐标系以地心为原点O3，Z3轴平行于地球自转轴，由地心指向北天极方向为Z3轴的正方向；X3轴在赤道面上，由地心指向春分点方向为X3轴的正方向；Y3轴在赤道面上，且Y3轴与X3轴、Z3轴构成右手直角坐标系。
4.如权利要求1所述的测量装备定位方法，其特征在于，所述地球坐标系以地心为原点O4，由原点O4指向给定的协议地球极CIP的方向为Z4轴的正方向;X4轴在赤道平面内，由原点O4指向给定的经度零点为正方向；Y4轴位于赤道平面内，且Y4轴与X4轴、Z4轴构成右手直角坐标系。
5.如权利要求1所述的测量装备定位方法，其特征在于，根据所述空间目标的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的所述空间目标的第三三维位置数据，包括：
在一插值区间内，对所述空间目标的精密星历内插任意时刻的空间目标，以获取预设观测时刻在地球坐标系下的所述空间目标的第三三维位置数据。
6.一种空间目标的测量装备定位***，其特征在于，包括：
空间目标，所述空间目标为已知精密星历的空间目标；
测量装备，用于观测并跟踪所述空间目标，以获取所述空间目标的图像数据；
搭载平台，用于搭载所述测量装备；
数据处理服务器，用于获取所述空间目标的图像数据，并根据所述空间目标的图像数据，确定所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据(
Figure 238972DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 11887DEST_PATH_IMAGE022
)，
Figure 991344DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 115289DEST_PATH_IMAGE022
分别为空间目标
Figure 979340DEST_PATH_IMAGE003
在
Figure 856029DEST_PATH_IMAGE004
时刻的视赤经和视赤纬，
Figure 22699DEST_PATH_IMAGE005
，假定此时空间目标
Figure 492995DEST_PATH_IMAGE003
到测量装备的距离为
Figure 285370DEST_PATH_IMAGE023
；
所述数据处理服务器还用于将所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据从以所述测量装备为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到所述测量装备在所述第二天球坐标系下的第一三维位置数据；所述第一三维位置数据为
Figure 758509DEST_PATH_IMAGE024
，其中，(
Figure 220715DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 302940DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 118581DEST_PATH_IMAGE010
)为空间目标
Figure 969862DEST_PATH_IMAGE003
在
Figure 602969DEST_PATH_IMAGE004
时刻在第二天球坐标系下的三维位置数据；获取所述空间目标的精密星历，根据所述空间目标的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的所述空间目标的第三三维位置数据(
Figure 657643DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 791821DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 638555DEST_PATH_IMAGE027
)；
Figure 52350DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 109167DEST_PATH_IMAGE015
为转换矩阵；基于所述位置测量数据、所述第一三维位置数据和所述第三三维位置数据，确定所述地球坐标系下的所述测量装备的位置定位数据；具体为，将所述测量装备的第一三维位置数据从所述第二天球坐标系转换至地球坐标系，得到公式
Figure 656823DEST_PATH_IMAGE016
；根据
Figure 964920DEST_PATH_IMAGE003
个空间目标在
Figure 798884DEST_PATH_IMAGE004
时刻的位置测量数据和第三三维位置数据，由以上公式联立方程组求得未知解
Figure 93731DEST_PATH_IMAGE017
，从而得到测量装备在地球坐标系中的位置(
Figure 304132DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 125457DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 146634DEST_PATH_IMAGE020
)；
将所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据从以所述测量装备为中心的第一天球坐标系转换至以地心为中心的第二天球坐标系，得到所述测量装备在所述第二天球坐标系下的第一三维位置数据，包括：
构建过渡坐标系，所述过渡坐标系为以所述空间目标的质心为原点O2，以原点O2指向春分点方向为X2轴的正方向， Z2轴平行于地球自转轴，由地心指向北天极方向为Z2轴的正方向，Y2轴位于过原点的平面内，且Y2轴与X2轴、Z2轴构成右手直角坐标系；
将所述空间目标相对于测量装备的位置测量数据从第一天球坐标系转换到所述过渡坐标系，得到所述测量装备在所述过渡坐标系下的第四三维位置数据；
将所述测量装备在所述过渡坐标系下的第四三维位置数据转换到所述第二天球坐标系中，得到所述测量装备在所述第二天球坐标系下的第一三维位置数据。
7.如权利要求6所述的测量装备定位***，其特征在于，根据所述空间目标的精密星历，得到预设观测时刻在地球坐标系下的所述空间目标的第三三维位置数据，包括：
在一插值区间内，对所述空间目标的精密星历内插任意时刻的空间目标，以获取预设观测时刻在地球坐标系下的所述空间目标的第三三维位置数据。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115639849B (zh) * 2022-11-28 2023-05-02 中国人民解放军63921部队 一种机电复合的目标过顶跟踪方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004224171A (ja) * 2003-01-22 2004-08-12 Mitsubishi Electric Corp 人工衛星の姿勢決定装置
CN109655064A (zh) * 2018-11-27 2019-04-19 孙秀聪 一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高精度转换方法
CN109813526A (zh) * 2018-12-29 2019-05-28 中国科学院紫金山天文台 一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法
CN113204917A (zh) * 2021-04-25 2021-08-03 中国科学院国家空间科学中心 针对geo目标的天基光学测角弧段初定轨及关联方法
CN114545374A (zh) * 2021-12-31 2022-05-27 中国空间技术研究院 一种星载激光雷达在轨定标方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004224171A (ja) * 2003-01-22 2004-08-12 Mitsubishi Electric Corp 人工衛星の姿勢決定装置
CN109655064A (zh) * 2018-11-27 2019-04-19 孙秀聪 一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高精度转换方法
CN109813526A (zh) * 2018-12-29 2019-05-28 中国科学院紫金山天文台 一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法
CN113204917A (zh) * 2021-04-25 2021-08-03 中国科学院国家空间科学中心 针对geo目标的天基光学测角弧段初定轨及关联方法
CN114545374A (zh) * 2021-12-31 2022-05-27 中国空间技术研究院 一种星载激光雷达在轨定标方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"基于北斗卫星精密星历的中高轨望远镜测量精度标定方法";陆长明 等，;《光子学报》;20201031;第49卷(第10期);1-12页 *
"空基跟踪测量导弹的方法研究";杨宏 等，;《导弹与航天运载技术》;20001210(第6期);26-29页 *

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