一种基于动态小视场的天体捕获方法技术

本发明专利技术提供一种基于动态小视场的天体捕获方法，通过寻星和跟踪两阶段操作，带动光电探测部旋转至目标天体观测位置并做实时调整，为拍摄时刻到来时目标天体依然位于视场观测范围内提供保障，实现了小视场天文测量装置在动态条件下的天体捕获，可为快速、高精度位置或姿态解算提供不间断观测矢量和位置反馈输入，实现了动态条件下基于单目标天体和单伺服主动寻星的跟踪式天文测量，解决了动态条件下先验信息快速更新、天体捕获困难的难题。天体捕获困难的难题。天体捕获困难的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态小视场的天体捕获方法


[0001]本专利技术属于天文测量领域，尤其涉及一种基于动态小视场的天体捕获方法。

技术介绍

[0002]关于动态小视场天文测量装置的天体捕获方法，尚未有公开专利。
[0003]小视场天文测量装置，通常工作于双轴伺服台上，按照一定的寻星策略，对遍布于天空中的特定天体进行搜寻捕获，通过对目标观测矢量和参考矢量之间的关系解算，得到自身在当地地平参考系下的位置或姿态信息，为惯性导航系统提供全天时条件下稳定且精确的校准输入。
[0004]传统的小视场天文测量装置大多工作于静态或准静态环境下，即测量装置参考系相对于地平参考系静止不动，或以较低线速度匀速直线运动，角速度小于1
°
/s。由于视场较小，无法进行星图识别，为能够捕获到目标天体，在生成寻星策略时，常需要先验信息进行辅助观测，先验信息包括粗略姿态、时间、位置等。静态或准静态环境下，先验信息在时间及空间上变化缓慢，由先验信息生成的寻星策略及伺服转角信息在测量周期内基本保持不变，因此载体运动不会对捕获天体目标产生影响。
[0005]然而，在某些动态应用场合，如车辆或舰船行驶过程中，远程武器初始入轨、机动及大角度姿态调整过程中，工作于静态或准静态条件下的传统伺服小视场天文测量装置，受自身工作原理限制，已无法适应动态环境使用要求，工作机制失效。
[0006]综上所述，如何在动态条件下，根据快速变化的先验信息生成合理的寻星策略，并利用双轴伺服驱动小视场光电探测部精准捕获目标天体，使目标天体始终保持在视场观测范围内，是目前实现动态天文测量的前提，也是天文测量领域亟需解决的难题。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于动态小视场的天体捕获方法，能够在动态条件下基于单目标天体和单伺服实现主动寻星的跟踪式天文测量。
[0008]一种基于动态小视场的天体捕获方法，应用于天文测量装置，且天文测量装置上设置有双轴伺服转台以及安装于双轴伺服转台上的光电探测部，所述方法包括以下步骤：
[0009]S1：获取天文星表中各天体在地平坐标系下的视位置矢量V
ATMGND
，并从天文星表的各天体中选出一个作为目标天体；
[0010]S2：基于视位置矢量V
ATMGND
已知的目标天体进入光电探测部视场中心的假设构建目标函数，再利用牛顿法解所述目标函数，得到光电探测部能够观测到目标天体时所需的俯仰角度pitch和方位角度yaw；
[0011]S3：按照俯仰角度pitch和方位角度yaw调节双轴伺服转台，拍摄时刻T
s
到来后，判断光电探测部是否捕获目标天体质心位置，若捕获，则进入目标天体跟踪阶段，若未捕获，则进入步骤S4；
[0012]S4：将当前目标天体记为失效天体，再从天文星表的各天体中重新选取失效天体
以外的其他天体作为目标天体，并重复步骤S2～S3，直到捕获目标天体质心位置。
[0013]进一步地，所述天文星表中各天体在地平坐标系下的视位置矢量V
ATMGND
的获取方法为：
[0014]S11：采用天体自行补偿的方式，将各天体方向矢量的参考系从国际天球参考系ICRS转换至太阳系质心天球参考系BCRS；
[0015]S12：采用周年光行差补偿的方式，将各天体方向矢量的参考系从BCRS转换至地球质心天球参考系GCRS；
[0016]S13：采用框架系偏差、岁差、章动补偿的方式，将各天体方向矢量的参考系从GCRS转换至赤道坐标系；
[0017]S14：采用自转时角补偿的方式，将各天体方向矢量的参考系从赤道坐标系转换至时角坐标系；
[0018]S15：采用测点纬度变换的方式，将各天体方向矢量的参考系从时角坐标系转换至地平坐标系；
[0019]S16：采用蒙气差补偿的方式，对地平坐标系下的各天体方向矢量进行修正，得到各天体在地平坐标系下的视位置矢量V
ATMGND
。
[0020]进一步地，所述采用蒙气差补偿的方式，对地平坐标系下的各天体方向矢量进行修正具体为：
[0021]将地平坐标系下的各天体方向矢量记为v
GND
＝[v
GND
(1)v
GND
(2)v
GND
(3)]，其中，v
GND
(1)、v
GND
(2)、v
GND
(3)分别为天体方向矢量在大地真北、天顶轴向上以及大地真东的位置；
[0022]按照如下公式获取各天体方向矢量在地平坐标系下的方位角θ
D
和天顶角θ
Z
：
[0023]θ
D
＝arctan(v
GND
(3)/v
GND
(1))
[0024]θ
Z
＝arcsin(v
GND
(2))
[0025]获取蒙气差作用下各天体方向矢量的天顶角θ
Z
变化量ρ：
[0026]ρ＝ρ0(1
‑
A+B)
[0027]其中，ρ0为0℃标准大气压下的蒙气差，A为设定的温度修正系数，B为设定的大气压修正系数；
[0028]获取蒙气差补偿后的天顶角θ
′
Z
：
[0029]θ
′
Z
＝θ
z
‑
ρ
[0030]根据天顶角θ
′
Z
获取视位置矢量V
ATMGND
：
[0031][0032]进一步地，目标天体的筛选方法如下：
[0033]S1a：选取与光电探测部探测谱段一致的天文星表作为导航星表的基本数据库；
[0034]S1b：根据光电探测部可发现的极限星等，从基本数据库中筛除星等高于所述极限星等的暗天体、自行量值超过500mas/y的天体以及亮度变化超过0.5Mv的天体后，得到星表历元下的导航星表；
[0035]S1c：假定天文测量装置投入使用的历元段为T1至T2，则将中心时刻(T1+T2)/2时的星表历元下的导航星表作为自行补偿导航星表；
[0036]S1d：在自行补偿导航星表包含的天体中，筛选出拍摄时刻T
s
时在地平坐标系下高度角为30
°
至70
°
的天体作为候选星，并将各候选星按照方位角在
‑
175
°
至175
°
的区间内依次排序；
[0037]S1e：将排序后方位角最小的候选星作为目标天体。
[0038]进一步地，如果在拍摄时刻T
s
或跟踪阶段任意时刻T
t
光电探测部捕获目标天体质心位置失败，则需在自行补偿导航星表中选取失效天体以外的其他天体作为目标天体进行观本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态小视场的天体捕获方法，应用于天文测量装置，且天文测量装置上设置有双轴伺服转台以及安装于双轴伺服转台上的光电探测部，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：获取天文星表中各天体在地平坐标系下的视位置矢量V
ATMGND
，并从天文星表的各天体中选出一个作为目标天体；S2：基于视位置矢量V
ATMGND
已知的目标天体进入光电探测部视场中心的假设构建目标函数，再利用牛顿法解所述目标函数，得到光电探测部能够观测到目标天体时所需的俯仰角度pitch和方位角度yaw；S3：按照俯仰角度pitch和方位角度yaw调节双轴伺服转台，拍摄时刻T
s
到来后，判断光电探测部是否捕获目标天体质心位置，若捕获，则进入目标天体跟踪阶段，若未捕获，则进入步骤S4；S4：将当前目标天体记为失效天体，再从天文星表的各天体中重新选取失效天体以外的其他天体作为目标天体，并重复步骤S2～S3，直到捕获目标天体质心位置。2.如权利要求1所述的一种基于动态小视场的天体捕获方法，其特征在于，所述天文星表中各天体在地平坐标系下的视位置矢量V
ATMGND
的获取方法为：S11：采用天体自行补偿的方式，将各天体方向矢量的参考系从国际天球参考系ICRS转换至太阳系质心天球参考系BCRS；S12：采用周年光行差补偿的方式，将各天体方向矢量的参考系从BCRS转换至地球质心天球参考系GCRS；S13：采用框架系偏差、岁差、章动补偿的方式，将各天体方向矢量的参考系从GCRS转换至赤道坐标系；S14：采用自转时角补偿的方式，将各天体方向矢量的参考系从赤道坐标系转换至时角坐标系；S15：采用测点纬度变换的方式，将各天体方向矢量的参考系从时角坐标系转换至地平坐标系；S16：采用蒙气差补偿的方式，对地平坐标系下的各天体方向矢量进行修正，得到各天体在地平坐标系下的视位置矢量V
ATMGND
。3.如权利要求2所述的一种基于动态小视场的天体捕获方法，其特征在于，所述采用蒙气差补偿的方式，对地平坐标系下的各天体方向矢量进行修正具体为：将地平坐标系下的各天体方向矢量记为v
GND
＝[v
GND
(1) v
GND
(2) v
GND
(3)]，其中，v
GND
(1)、v
GND
(2)、v
GND
(3)分别为天体方向矢量在大地真北、天顶轴向上以及大地真东的位置；按照如下公式获取各天体方向矢量在地平坐标系下的方位角θ
D
和天顶角θ
Z
：θ
D
＝arctan(v
GND
(3)/v
GND
(1))θ
Z
＝arcsin(v
GND
(2))获取蒙气差作用下各天体方向矢量的天顶角θ
Z
变化量ρ：ρ＝ρ0(1
‑
A+B)其中，ρ0为0℃标准大气压下的蒙气差，A为设定的温度修正系数，B为设定的大气压修正系数；获取蒙气差补偿后的天顶角θ
′
Z
：
θ
′
Z
＝θ
z
‑
ρ根据天顶角θ
′
Z
获取视位置矢量V
ATMGND
：4.如权利要求1所述的一种基于动态小视场的天体捕获方法，其特征在于，目标天体的筛选方法如下：S1a：选取与光电探测部探测谱段一致的天文星表作为导航星表的基本数据库；S1b：根据光电探测部可发现的极限星等，从基本数据库中筛除星等高于所述极限星等的暗天体、自行量值超过500mas/y的天体以及亮度变化超过0.5Mv的天体后，得到星表历元下的导航星表；S1c：假定天文测量装置投入使用的历元段为T1至T2，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：商秋芳，熊琨，裴雅鹏，张兴凡，王强，赵楠楠，唐声权，刘丽艳，吴跃，沙春哲，刘莎，
申请(专利权)人：北京航天计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：