带天体干扰的自适应选星方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带天体干扰的自适应选星方法及系统，该方法包括：获取轨道产生与星光模拟模块输出的星敏感器光轴信息；选定观测折射星光的最佳区间；根据航天器位置，建立星光观测窗口，确定可被星敏感器观测到的恒星所在区域；进行星光折射天体干扰分析，筛选优化星光观测窗口；根据获得的星光观测窗口，确定航天器视星带，获得航天器可选的折射星范围，通过星光折射导航误差最小选星方法实现给定航天器位置、时间信息以预测星光发生折射的恒星方向和恒星信息目的，进而实现自适应选取导航星；本发明专利技术实现了给定航天器位置、时间信息即可筛除天体干扰，准确预测星光发生折射的恒星方向和恒星信息的目的，进而实现了自适应选取导航星的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自适应选星方法及系统，特别是涉及一种带天体干扰的自适应选 星方法及系统。
技术介绍
随着星敏感器精度的不断提高，星光定位导航技术已日趋成熟，其被动、隐蔽、导 航误差不随时间积累等特点越来越引起国内外专家学者的重视。然而，由于造价、技术条件 等因素的限制，频繁进行飞行试验对星光导航方法测试和研究是不现实的，因此国内外通 常通过实验室半物理仿真实验平台进行研究。 图1为现有技术中实验室星光半物理仿真实验平台架构示意图，图2为该星光半 物理仿真平台原理示意图。该实验仿真平台系统功能划分为三个部分：轨道产生与星光模 拟部分，星图采集处理与质心提取部分，星图匹配与导航解算部分。其工作流程如下：轨道 产生模块生成轨道数据，并产生星敏感器光轴信息，将其传输给星光模拟模块；星光模拟软 件（星体模拟器）根据轨道产生模块生成的卫星光轴指向信息（赤经，赤炜），通过自适应 选星模块，生成特定视场的恒星星图，同时输出给星图显示屏和灰阶显示器，前者用于星图 的直接显示，后者则通过面光源模拟星光，此时模拟的星光被CCD敏感器（或相机）接收， 作为原始星图数据；通过图像预处理模块进行背景分割、线性滤波、畸变校正后转入星体质 心提取模块；质心提取模块经过质心粗提取，质心细分定位，误差补偿后将精确的质心信息 转入星图识别模块；星图识别通过特定的搜索方式，在导航星库中准确获得相对应的导航 星；并计算出该导航星光的方位角、高度角信息和该星体的星历信息；最后，导航计算机通 过带多模型切换观测模型和星光空白段连续导航算法解算出航天器的速度和位置信息。 在该实验仿真平台系统中，自适应选星模块起着重要的作用，其直接决定了星光 定位导航的精准度。现有技术的卫星导航定位选星方法主要有：最佳几何精度衰减因子法、 最大矢端四面体法、最大正交投影法等。上述方法均是基于最小几何精度衰减因子来选择 定位的若干颗定位星，选星过程中计算量大，需要花费较长时间，缺乏一种针对星光折射导 航有效分析筛选天体干扰和实现选星导航误差最小的快速高精度选星策略。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之主要目的在于提供一种带天体干扰的 自适应选星方法及系统，其通过确定观测折射星光的最佳区间，根据航天器位置，建立星光 观测窗口，确定可被星敏感器观测到的恒星所在区域，并进行日月光及地气光的干扰排除， 通过星光折射导航误差最小选星方法最优实现了给定航天器位置、时间信息即可预测星光 发生折射的恒星方向和恒星信息的目的，进而实现了自适应选取导航星的功能。 为达上述及其它目的，本专利技术提出一种带天体干扰的自适应选星方法，包括如下 步骤： 步骤一，获取轨道产生与星光模拟模块输出的星敏感器光轴信息； 步骤二，选定观测折射星光的最佳区间； 步骤三，根据航天器位置，建立星光观测窗口，选定观测折射星光的最佳区间，确 定可被星敏感器观测到的恒星所在区域； 步骤四，进行星光折射天体干扰分析、筛选优化星光观测窗口； 步骤五，根据步骤四获得的星光观测窗口，确定航天器视星带，获得航天器可选的 折射星范围，通过星光折射导航误差最小选星算法，实现给定航天器位置、时间信息以预测 星光发生折射的恒星方向和恒星信息目的，进而实现天体干扰下自适应最优选取导航星。 进一步地，于步骤三中，该星光观测窗口为： 其中， 其中Re为地球半径，hg2 = 50km，hgl = 20km，α为星光在大气高度50km时的折射角，f为航天器位置矢量。 进一步地，该自适应选星方法还包括如下步骤：在捕捉恒星折射星光时，通过恒 星-航天器的连线与太阳/月球-航天器的夹角及太阳/月球视半径、星敏感器太阳/月 球规避角的关系，将太阳与月球作为强光源排除在星敏感器视场之外。 进一步地，恒星-航天器的连线与太阳/月球-航天器的夹角必须满足大于太阳 /月球视半径与星敏感器太阳/月球规避角之和的条件。 进一步地，对于恒星-航天器连线与月球-航天器的夹角的计算，获取月历信息 和航天器位置信息，通过计算月球在以航天器为中心的天球坐标系下的方位，进而计算恒 星-航天器连线与月球-航天器的夹角。 进一步地，该自适应选星方法还包括如下步骤：在捕捉恒星折射星光时，根据航天 器对地平观测张角的大小去除星光折射导航受地气光的干扰。 为达到上述目的，本专利技术还提供一种带天体干扰的自适应选星系统，包括： 轨道数据接收模块，用于获取轨道产生与星光模拟模块输出的星敏感器光轴信息 等轨道数据； 折射区间确定模块，用于确定观测折射星光的最佳区间； 最佳星光观测窗口确定模块，用于根据航天器位置，建立星光观测窗口，确定可被 星敏感器观测到的恒星所在区域； 选星模块，用于根据获得的最佳星光观测窗口，确定航天器视星带，获得航天器可 选的折射星范围，利用星光折射导航误差最小选星方法实现给定航天器位置、时间信息以 预测星光发生折射的恒星方向和恒星信息目的，进而实现自适应选取导航星。 进一步地，该自适应选星系统还包括日月光干扰排除模块，该日月光干扰排除模 块在捕捉恒星折射星光时，通过恒星-航天器的连线与太阳/月球-航天器的夹角及太阳 /月球视半径、星敏感器太阳/月球规避角的关系，将太阳与月球作为强光源排除在星敏感 器视场之外。 进一步地，该自适应选星系统还包括地气光干扰排除模块，用于在捕捉恒星折射 星光时，根据航天器对地平观测张角的大小去除星光折射导航受地气光的干扰。 进一步地，该星光折射导航误差最小选星方法通过快速筛选折射星，减少理论计 算视高度和实际观测视高度之间的观测误差，实现高精度导航。 与现有技术相比，本专利技术一种带天体干扰的自适应选星方法及系统通过确定观测 折射星光的最佳区间，根据航天器位置，建立星光观测窗口，确定可被星敏感器观测到的恒 星所在区域，并进行日月光及地气光的干扰排除，实现了给定航天器位置、时间信息即可预 测星光发生折射的恒星方向和恒星信息的目的，进而实现了自适应选取导航星的功能。【附图说明】 图1为现有技术中实验室星光半物理仿真实验平台架构示意图； 图2为该星光半物理仿真平台原理示意图； 图3为本专利技术一种带天体干扰的自适应选星方法的步骤流程图； 图4为20km~50km高度折射星分布规律示意图； 图5为轨道一周20km~50km高度折射星分布规律实验图； 图6为折射星观测窗口定义示意图； 图7为太阳对星敏感器的影响示意图； 图8为太阳-地球-航天器相对位置关系示意图； 图9为航天器对地可见张角示意图； 图10为地气光干扰分析不意图； 图11为地心仰角几何原理图； 图12为本专利技术一种带天体干扰的自适应选星系统的系统架构图。【具体实施方式】 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本专利技术的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本专利技术的精神下进行各种修饰与变更。 图3为本专利技术一种带天体干扰的自适应选星方法的步骤流程图。如图3所示，本 专利技术一种带天体干扰的自适应选星方法，包括如下步骤： 步骤301，获取轨道产生与星光模拟模块输出的星敏感器光轴信息； 步骤302,确定观测折射星光的最佳区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带天体干扰的自适应选星方法，包括如下步骤：步骤一，获取轨道产生与星光模拟模块输出的星敏感器光轴信息；步骤二，选定观测折射星光的最佳区间；步骤三，根据航天器位置，建立星光观测窗口，选定观测折射星光的最佳区间，确定可被星敏感器观测到的恒星所在区域；步骤四，进行星光折射天体干扰分析，筛选优化星光观测窗口；步骤五，根据步骤四获得的星光观测窗口，确定航天器视星带，获得航天器可选的折射星范围，通过星光折射导航误差最小选星方法，实现给定航天器位置、时间信息以预测星光发生折射的恒星方向和恒星信息目的，进而实现天体干扰下自适应最优选取导航星。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨博，苗峻，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11