【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天文定位，具体涉及一种非合作光学定位方法。
技术介绍
1、天文定位是以已知准确空间位置、不可毁灭的自然天体为基准，通过光电、射电等方式被动探测天体位置，经解算确定载体的位置的一种技术，其以抗干扰能力强、隐蔽性好且误差不随时间积累的优点，广泛应用于陆基、海基、空天基平台，在工程控制网的建立、大地水准面及地球重力场模型精化、陀螺仪等惯性设备的标校和测绘保障领域发挥着不可替代的作用。
2、陆基天文定位通常基于稳定、高精度的水平基准，利用电子经纬仪、全站仪或数字天顶仪观测恒星等自然天体实现；而海基平台的不稳定性决定了其难以通过水准器获得高精度的水平基准，海基天文定位通常需要借助水天线、载体姿态信息或天体方位信息实现，其本质上仍未摆脱对水平基准的依赖；空天基天文定位根据观测量的不同可分为天文测距定位、天文测速定位和天文测角定位，虽然无需水平基准，但定位精度受星历误差、空间构型及观测误差影响大，多在公里级。因此，现有的天文定位技术无法在摆脱水平基准的条件下实现高精度的自主天文定位。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种非合作光学定位方法，用于解决现有的天文定位技术无法在摆脱水平基准的条件下实现高精度的自主天文定位的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种非合作光学定位方法，建立相机位置对应的未知参数矩阵，结合相机位置对应的初始的参数近似值矩阵对所述未知参数矩阵进行定位解算，得到定位结果；定位解算包括如下步骤：
3、1)通过参
4、2)判断本次与上次的参数矩阵计算值之间的差异是否满足设定阈值要求，若满足，则将本次参数矩阵计算值作为解算结果；若不满足，则将本次参数矩阵计算值作为新的参数近似值矩阵，重复步骤1)-2)进行迭代。
5、进一步地，根据相机、低轨卫星和恒星之间的位置关系得到的定位误差方程为：
6、
7、其中：
8、
9、式中，为未知参数矩阵，θ为低轨卫星与恒星间角距真实值，为低轨卫星与相机之间的距离，(xl,yl,zl)为地固坐标系下的低轨卫星坐标，xp、yp为地极移动的两个分量，(m,n,p)为地固坐标系下的单位星光矢量，sg为格林尼治真恒星时，(α，δ)为恒星的视赤经和视赤纬；r(y,-xp)表示沿y轴旋转-xp角度的旋转矩阵，r(x,-yp)表示沿x轴旋转-yp角度的旋转矩阵，r(z,sg)表示沿z轴旋转sg角度的旋转矩阵。
10、进一步地，所述低轨卫星与恒星间角距真实值根据低轨卫星与恒星的真实地平系坐标得到；
11、低轨卫星与恒星的真实地平系坐标通过如下步骤获取：
12、a)根据恒星的相机系坐标和理论地平系坐标，解算相机姿态矩阵；其中，恒星的理论地平系坐标根据相机概略坐标真实值和恒星赤道坐标得到；
13、b)根据相机姿态矩阵的解算结果，将低轨卫星和恒星的相机系坐标转换到地平坐标系，得到低轨卫星和恒星的观测地平系坐标；
14、c)分别判断低轨卫星的相机系坐标与观测地平系坐标、恒星的相机系坐标与观测地平系坐标之间的差值是否满足均小于对应的差值阈值的条件，若满足，则分别对低轨卫星和恒星的观测地平系坐标进行大气折射改正，得到低轨卫星与恒星的真实地平系坐标；否则，将低轨卫星和恒星的观测地平系坐标分别作为新的低轨卫星和恒星的相机系坐标，重复步骤a)-c)，进行迭代。
15、进一步地，对未知参数矩阵进行平差计算的方式为：
16、当观测到两颗及以上低轨卫星时，将定位误差方程展开为线性形式后，代入参数近似值矩阵、获取的地固坐标系下的低轨卫星坐标、地固坐标系下的单位星光矢量以及低轨卫星与恒星间角距真实值，结合参数平差原理，得到参数矩阵计算值；
17、当仅观测到一颗低轨卫星时，在线性形式的定位误差方程的基础上增加线性化的地表约束条件后，代入参数近似值矩阵、获取的地固坐标系下的低轨卫星坐标、地固坐标系下的单位星光矢量以及低轨卫星与恒星间角距真实值，结合最小二乘原理，得到参数矩阵计算值。
18、进一步地，初次迭代后的每次迭代的步骤a)中，相机概略坐标真实值通过建立相机概略坐标对应的未知参数矩阵、相机概略坐标对应的初始的参数近似值矩阵并将根据新的低轨卫星和恒星的相机系坐标得到的星点间角距作为低轨卫星与恒星间角距真实值，再将所述低轨卫星与恒星间角距真实值、所述未知参数矩阵以及所述初始的参数近似值矩阵代入步骤1)-2)的定位解算步骤得到的定位结果确定。
19、进一步地，初次迭代的步骤a)中，相机概略坐标真实值通过建立相机概略坐标对应的未知参数矩阵、相机概略坐标对应的初始的参数近似值矩阵并将根据分别由低轨卫星和恒星的像平面坐标确定的低轨卫星和恒星的相机系坐标得到的星点间角距作为低轨卫星与恒星间角距真实值，再将所述低轨卫星与恒星间角距真实值、所述未知参数矩阵以及所述初始的参数近似值矩阵代入步骤1)-2)中的方式的定位解算步骤迭代得到的定位结果确定；
20、分别由低轨卫星和恒星的像平面坐标确定的低轨卫星和恒星的相机系坐标的方式为：
21、
22、其中aic、zic分别为星点i对应的方位角和天顶距，用于确定星点i的相机系坐标；(ui,vi)为星点i的像平面坐标；k1，k2，k3均为相机畸变参数，f为相机焦距；星点为恒星或低轨卫星；
23、根据分别由低轨卫星和恒星的像平面坐标确定的低轨卫星和恒星的相机系坐标得到星点间角距的方式为：
24、θ12＝arccos(s1,s2)
25、式中，上角标12表示第一个和第二个星点之间的关系，θ12下角标1和2分别表示第一个和第二个星点，其中一个为恒星，另一个为低轨卫星；si为星点i在相机坐标系下的位置矢量：
26、
27、式中，i取1或2。
28、进一步地，当观测到两颗及以上低轨卫星时，得到参数矩阵计算值的方式为：
29、将定位误差方程展开为线性形式：
30、
31、其中：
32、
33、q0＝m(x0-xl)+n(y0-yl)+p(z0-zl)
34、根据参数平差原理得到：
35、
36、式中，δ表示对应变量的偏差或误差；为未知参数矩阵，x0＝[x0 y0z0]t为参数近似值矩阵；θ为低轨卫星与恒星间角距真实值，ρ0为根据参数近似值矩阵计算的低轨卫星与相机之间的距离初始值，(xl,yl,zl)为地固坐标系下的低轨卫星坐标，xp、yp为地极移动的两个分量，(m,n,p)为地固坐标系下的单位星光矢量；a，l分别为定位误差方程的系数矩阵和自由项，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非合作光学定位方法，其特征在于，建立相机位置对应的未知参数矩阵，结合相机位置对应的初始的参数近似值矩阵对所述未知参数矩阵进行定位解算，得到解算结果作为定位结果；定位解算包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的非合作光学定位方法，其特征在于，根据相机、低轨卫星和恒星之间的位置关系得到的定位误差方程为：
3.根据权利要求1或2所述的非合作光学定位方法，其特征在于，所述低轨卫星与恒星间角距真实值根据低轨卫星与恒星的真实地平系坐标得到；
4.根据权利要求3所述的非合作光学定位方法，其特征在于，对未知参数矩阵进行平差计算的方式为：
5.根据权利要求3所述的非合作光学定位方法，其特征在于，初次迭代后的每次迭代的步骤a)中，相机概略坐标真实值通过建立相机概略坐标对应的未知参数矩阵、相机概略坐标对应的初始的参数近似值矩阵并将根据新的低轨卫星和恒星的相机系坐标得到的星点间角距作为低轨卫星与恒星间角距真实值，再将所述低轨卫星与恒星间角距真实值、所述未知参数矩阵以及所述初始的参数近似值矩阵代入步骤1)-2)的定位解算步骤得到的定位结果确定。>
6.根据权利要求5所述的非合作光学定位方法，其特征在于，初次迭代的步骤a)中，相机概略坐标真实值通过建立相机概略坐标对应的未知参数矩阵、相机概略坐标对应的初始的参数近似值矩阵并将根据分别由低轨卫星和恒星的像平面坐标确定的低轨卫星和恒星的相机系坐标得到的星点间角距作为低轨卫星与恒星间角距真实值，再将所述低轨卫星与恒星间角距真实值、所述未知参数矩阵以及所述初始的参数近似值矩阵代入步骤1)-2)中的方式的定位解算步骤迭代得到的定位结果确定；
7.根据权利要求4所述的非合作光学定位方法，其特征在于，当观测到两颗及以上低轨卫星时，得到参数矩阵计算值的方式为：
8.根据权利要求6所述的非合作光学定位方法，其特征在于，根据新的低轨卫星和恒星的相机系坐标得到星点间角距的方式包括：
9.根据权利要求6所述的非合作光学定位方法，其特征在于，低轨卫星与恒星的像平面坐标的获取方式为：
10.根据权利要求3所述的非合作光学定位方法，其特征在于，根据相机概略坐标真实值和恒星赤道坐标得到恒星的理论地平系坐标的方式为：
...【技术特征摘要】
1.一种非合作光学定位方法，其特征在于，建立相机位置对应的未知参数矩阵，结合相机位置对应的初始的参数近似值矩阵对所述未知参数矩阵进行定位解算，得到解算结果作为定位结果；定位解算包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的非合作光学定位方法，其特征在于，根据相机、低轨卫星和恒星之间的位置关系得到的定位误差方程为：
3.根据权利要求1或2所述的非合作光学定位方法，其特征在于，所述低轨卫星与恒星间角距真实值根据低轨卫星与恒星的真实地平系坐标得到；
4.根据权利要求3所述的非合作光学定位方法，其特征在于，对未知参数矩阵进行平差计算的方式为：
5.根据权利要求3所述的非合作光学定位方法，其特征在于，初次迭代后的每次迭代的步骤a)中，相机概略坐标真实值通过建立相机概略坐标对应的未知参数矩阵、相机概略坐标对应的初始的参数近似值矩阵并将根据新的低轨卫星和恒星的相机系坐标得到的星点间角距作为低轨卫星与恒星间角距真实值，再将所述低轨卫星与恒星间角距真实值、所述未知参数矩阵以及所述初始的参数近似值矩阵代入步骤1)-2)的定位解算步骤得到的定...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹银虎，朱容蔚，佟帅，陈少杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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