一種光電經(jīng)緯儀快速自主定向的方法技術

一種光電經(jīng)緯儀快速自主定向的方法屬于天文導航技術領域，該方法包括如下步驟：光電經(jīng)緯儀拍攝星圖，通過星圖識別算法識別視場中至少三顆恒星；調(diào)整光電經(jīng)緯儀，使一顆已識別的恒星成像于光電經(jīng)緯儀的視軸上，計算此時恒星的視位置；結合光電經(jīng)緯儀的天文坐標，計算該恒星相對于真北的理論方位角和高低角；選取其它恒星，得到真北的編碼器平均值；引導光電經(jīng)緯儀到測量的真北方向，對方位編碼器清零，完成光電經(jīng)緯儀的快速自主定向；本方法精度高，速度快，能夠發(fā)揮光電經(jīng)緯儀的優(yōu)勢。借助于星圖識別，能夠?qū)崿F(xiàn)在經(jīng)緯儀沒有初始指向下的自主定向。擺脫了傳統(tǒng)的天文定向僅觀測北極星的限制，可以在任意指向下，使用任意恒星進行定向。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于天文導航
，具體涉及一種光電經(jīng)緯儀快速自主定向的方法。
技術介紹
光電經(jīng)緯儀是一種用于精密測角的光電望遠鏡，集跟蹤、彈道測量和目標姿態(tài)測量為一體，是靶場重要的光學測量設備。設備在使用前需要進行標校定向等準備工作，以建立統(tǒng)一的方位基準，否則將引起混亂，以后的工作便無法正常完成。方位基準通常選擇北向為方位的零方向，而北向又有真北、磁北和坐標北三種不同的指北方向線，一般以真北為標準方向，可通過天文觀測或陀螺儀測定，在真北的基礎上修正磁偏角或子午收斂角即可得到磁北或坐標北。對于光電經(jīng)緯儀而言，最優(yōu)的定向方式還是采用天文觀測法。傳統(tǒng)的天文定向均 依靠北極星采用“北極星任意時角法”來完成，計算公式如下 .cosJxsin/tgA =-cos J X sin 0 X cos/-sin <5 x cos其中，A——北極星的理論方位角；ψ——測站的天文緯度；t——北極星的地方時角；δ —北極星的視赤緯。這種方式具有一定的局限性，如高緯地區(qū)觀測會產(chǎn)生的較大的誤差，低緯地區(qū)不易觀測到等情況都會使定向無法進行。目前光電經(jīng)緯儀的定向方式，是在測站周圍均勻布設:Γ5個方位標，在使用前通過方位標來完成對方位零方向的標定，但這種方式需要額外的測量和開銷。
技術實現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本專利技術提供了一種光電經(jīng)緯儀快速自主定向的方法，該方法解決了過去測試方法受地理環(huán)境限制的問題，并且花銷少，定向精度高，能夠增強光電經(jīng)緯儀的機動性，可將其引入移動站經(jīng)緯儀進行快速自主定向。本專利技術解決技術問題所采用的技術方案如下一種光電經(jīng)緯儀快速自主定向的方法，該方法包括如下步驟步驟一光電經(jīng)緯儀拍攝星圖，通過星圖識別算法和恒星數(shù)據(jù)庫識別視場中至少二顆恒星；步驟二 調(diào)整光電經(jīng)緯儀指向，使一顆已識別的恒星成像于光電經(jīng)緯儀的視軸上，并計算此時恒星的視位置；步驟三結合光電經(jīng)緯儀的天文坐標和恒星的視位置，通過球面三角形公式，計算該恒星相對于真北的理論方位角和高低角，得到真北的編碼器測量值；步驟四選取視場中其他已識別的恒星和其它方位多個視場中恒星，重復步驟二和步驟三，得到真北的編碼器測量平均值；步驟五引導光電經(jīng)緯儀到測量得到的真北方向，對方位編碼器清零，完成光電經(jīng)緯儀快速自主定向。本專利技術的有益效果是I.采用天文觀測法進行經(jīng)緯儀定向，精度高，速度快，能夠發(fā)揮光電經(jīng)緯儀的優(yōu)勢。2.借助于星敏感器中的關鍵算法——星圖識別，不用在測站周圍布設和測量方位 標，不需要其它配合條件，能夠?qū)崿F(xiàn)在經(jīng)緯儀沒有初始指向下的自主定向。3.擺脫了傳統(tǒng)的天文定向僅觀測北極星的限制，可以在任意指向下，使用任意恒星進行定向。4.控制計算機能夠?qū)崟r采集圖像、通過星圖識別運算并輸出角度結果，即可以實現(xiàn)快速定向；附圖說明圖I為光電經(jīng)緯儀自主定向的流程圖。圖2為恒星由標準歷元平位置向視位置的轉(zhuǎn)換圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步詳細說明。本方法是隨著科學級CXD在經(jīng)緯儀中的應用而引入的，這種CXD的應用可以提高探測靈敏度，在較大視場的經(jīng)緯儀中，能夠滿足視場內(nèi)探測到至少3顆恒星的條件。如圖I所示，步驟一在經(jīng)緯儀沒有初始指向的情況下，獲取經(jīng)緯儀拍攝的星圖并提取目標，借助于星敏感器中的全天星圖識別算法和恒星數(shù)據(jù)庫識別出視場中至少3顆恒星。星圖識別是星敏感器中的關鍵軟件，無初始姿態(tài)時的星敏感器姿態(tài)捕獲更是星敏感器實現(xiàn)自主導航的核心之處，這也是本專利技術中經(jīng)緯儀能夠自主定向的關鍵之處，通過引入星圖識別算法，識別出視場中的恒星，才能通過球面三角形公式計算出恒星在該測站觀測的理論方位、高低角，進而進行定向。星圖識別算法靈活性較大，當前在工程應用中使用最為廣泛的是三角形識別算法，三角形算法原理簡單，實現(xiàn)容易，簡單改進后，可以達到較高的效率和較高的正確性。本專利技術中采用考慮亮星的三角形改進算法，通過構造散列函數(shù)提高訪問恒星數(shù)據(jù)庫的速度，如果視場內(nèi)恒星數(shù)目>3顆，通過加入中心星驗證環(huán)節(jié)來確認識別結果。算法的運行在主控計算機分系統(tǒng)中，較星載或彈載星敏感器的優(yōu)勢是CPU運行速度快，導航星庫的容量限制小，能夠在4ms內(nèi)給出恒星識別結果。步驟二 調(diào)整光電經(jīng)緯儀指向，使一顆已識別的恒星成像于光電經(jīng)緯儀的視軸上，提取該恒星在星庫中的位置及運動信息，通過GPS提供的精確時間計算恒星當前時刻的視位置。恒星位置受到各種因素的影響而變化。這些因素包括自行、歲差、章動、光行差和視差，使恒星的位置有平位置、真位置和視位置等區(qū)分。恒星位置參照的坐標系通常為某一歷元的平赤道坐標系，從1984年起編的星表和歷表采用2000年儒略(用J表示)年首即J2000. O作為歷元。如圖2所示，假設恒星在星表歷元h時刻的平位置單位矢量Stl，在觀測歷元t時刻的恒星平位置變化除考慮恒星所參照的坐標系因歲差原因變化外，還要考慮恒星本身因自行所產(chǎn)生的位置變化，修正公式分別如下、’丨=/((-2丨)/〈(嗔(-(丨)兄=S0 +τ So其中，ζΑ、ΘΑ、ζ Α為三個歲差參數(shù)，^。為恒星自行參數(shù)，τ為自J2000. O起算的儒略世紀數(shù)。·平位置向真位置轉(zhuǎn)換，修正章動變化，公式如下 S2 — (—^ — (—Δ i//)Ry {ε)Λ|其中，ε為平黃赤交角，Λ ψ和Λ ε分別為黃經(jīng)章動和交角章動，可由國際天文學聯(lián)合會(International Astronomical Union, IAU)章動理論計算。當參考系原點從太陽系質(zhì)心變換到地心，需進行周年視差和周年光行差的修正，周年視差修正公式如下S3 = S2 + πΞ2 X (S2 X R)其中，π為恒星視差，R為地心相對太陽系質(zhì)心的位置矢量，可從行星歷表查得。考慮周年光行差的二階項，修正公式如下H 丄(I - 乂' · Ri φ\ X (S, X R) + -L Rx (kx S,)c^2c~3其中，義為地心相對太陽系質(zhì)心的速度矢量，可從行星歷表查得。當參考系原點從地心變換到站心，需進行周日視差和周日光行差的修正，恒星離地球比站心至地心的距離要遠得多，以致所有恒星的周日視差都小到可以忽略不計。周日光行差修正公式如下S5 =S4--S4 X (,V4 X V)C其中，c為光速，V為測站隨地球自轉(zhuǎn)做周日運動的線速度，所以，周日光行差與測站所處的地球位置有關，具有地方性。總結恒星視位置的計算公式如下視位置=星表歷元平位置+歲差+自行+章動+周年視差+周年光行差+周日視差+周日光行差步驟三通過經(jīng)緯儀中的氣象分系統(tǒng)采集環(huán)境溫、濕度、氣壓信息，結合測站的天文經(jīng)緯度以及恒星的視位置，通過球面三角形公式，計算該恒星相對于真北的理論方位角和高低角，修正大氣折射的影響后，得到該恒星的理論值。計算恒星相對真北的理論方位角，實際是釆用光電經(jīng)緯儀中常用的星校過程，在已知測站天文坐標以及拍攝時間的基礎上，通過球面三角形公式中的余弦公式和余切公式，計算定位三角形中恒星的理論方位角、理論高低角。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種光電經(jīng)緯儀快速自主定向的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：步驟一：？光電經(jīng)緯儀拍攝星圖，通過星圖識別算法和恒星數(shù)據(jù)庫識別視場中至少三顆恒星；步驟二：？調(diào)整光電經(jīng)緯儀指向，使一顆已識別的恒星成像于光電經(jīng)緯儀的視軸上，并計算此時恒星的視位置；步驟三：？結合光電經(jīng)緯儀的天文坐標和恒星的視位置，通過球面三角形公式，計算該恒星相對于真北的理論方位角和高低角，得到真北的編碼器測量值；步驟四：？選取視場中其它已識別的恒星和其它方位多個視場中恒星，重復步驟二和步驟三，得到真北的編碼器測量平均值；步驟五：？引導光電經(jīng)緯儀到測量得到的真北方向，對方位編碼器清零，完成光電經(jīng)緯儀快速自主定向。

【技術特征摘要】
1.一種光電經(jīng)緯儀快速自主定向的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟一光電經(jīng)緯儀拍攝星圖，通過星圖識別算法和恒星數(shù)據(jù)庫識別視場中至少三顆恒星； 步驟二調(diào)整光電經(jīng)緯儀指向，使一顆已識別的恒星成像于光電經(jīng)緯儀的視軸上，并計算此時恒星的視位置； 步驟三結合光電經(jīng)緯儀的天文坐標和恒星的視位置，通過球面三角形公式，計算該恒星相對于真北的理論方位角和高低角，得到真北的編碼器測量值； 步驟四選取視場中其它已識別的恒星和其它方位多個視場中恒星，重復步驟二和步驟三，得到真北的編碼器測量平均值； 步驟五引導光電經(jīng)緯儀到測量得到的真北方向，對方位編碼器清零，完成光電經(jīng)緯儀快速自主定向。2.如權利要求I所述的一種光電經(jīng)緯儀快速...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張磊，何昕，魏仲慧，
申請(專利權)人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：