[发明专利]一种航天器星光折射和单轴旋转调制惯性组合导航方法

权利要求书

1.一种航天器星光折射和单轴旋转调制惯性组合导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于单轴旋转调制捷联惯导系统的误差方程建立航天器的状态方程；

步骤2：利用星敏感器获得折射星星点像素坐标量测量，根据量测量建立基于星点像素坐标的量测方程；

步骤3：由于步骤1得出的状态方程和步骤2的量测方程都为非线性，所以使用UKF滤波估计航天器的位置、速度和姿态，并修正航天器的姿态误差和惯性器件误差。

2.根据权利要求1所述的航天器星光折射和单轴旋转调制惯性组合导航方法，其特征在于：所述步骤1中的状态方程如下：

采用表示状态量，状态方程为：

式中φ＝[φ_E φ_N φ_U]^T是姿态误差，是速度误差，是地理坐标系下各轴向的速度误差；δr_n＝[δL δλ δH]^T是位置误差，δL是经度误差δλ是纬度误差δH是高度误差，是加速度计的输出在n系中的投影，是加速度计测得的比力，是IMU的姿态矩阵，通过姿态矩阵和旋转矩阵的乘积得到

式中θ,ψ分别是俯仰角、横滚角和航向角，由旋转角度决定，捷联惯导系统是以z_b轴为轴的单轴系统，转台的转速用w表示，表示为：

t是时间间隔，是n系下w_ie的误差，表示航天器在n系下的地球自转角速率，是n系下w_en的误差，是n系相对e系的旋转角速率在n系中的表示，是的误差，为n系相对惯性空间的转动角速度矢量在n系下的投影，表示在p系中陀螺仪的漂移，表示在p系中加速度计的偏置。

3.根据权利要求1所述的航天器星光折射和单轴旋转调制惯性组合导航方法，其特征在于：步骤2中，利用星敏感器获得星点像素坐标量测量的具体如下：

选用视场为10°×10°的星敏感器捕获折射星和非折射星，最原始的星光折射信息来自于星敏感器拍摄的折射星图，从中提取出折射星的像素坐标；在得到的星图中，折射星分布在星图中靠近地球的部分，非折射星分布在星图中远离地球的部分，通过星图匹配和星图识别方法获取星图中的非折射星，得到姿态矩阵其中，上标i代表惯性坐标系，下标c代表星敏感器坐标系；

通过星图识别方法和质心提取方法，星图中所有的非折射星识别出来，其像素坐标记为(u₁,v₁)，(u₂,v₂)，…，(u_n,v_n)，n为识别出的非折射星的个数，通过星敏感器成像原理得到这些星点在星敏感器坐标系中的三维坐标

式中，f是焦距，Fov是指视场大小，Nx和Ny是像素数；

根据星图识别方法，得到所有非折射星在惯性系中的坐标从星敏感器坐标系到惯性坐标系的转换矩阵为得到如下关系：

通过姿态矩阵和星敏感器光轴的指向，结合标准导航星表，得到星敏感器所拍摄的视场内所有星未折射前的模拟非折射星图，逐个计算折射星图中每颗星与模拟非折射星图中全部星的欧式距离，若该距离的最小值大于设定阈值(根据模拟星图的位置精度和折射星的识别精度设定)，则认为其为折射星；反之，则为非折射星；将折射星折射前、后的星点坐标记做(u_i,v_i)和(u_ri,v_ri)，i＝1,2,…,n_r,n_r为折射星的个数。