[发明专利]基于差分卫星导航测量的跟踪转台定姿与指令补偿方法

摘要

本发明涉及一种基于卫星导航系统的跟踪转台快速定姿与旋转指令生成的方法，该方法解决了复杂室外环境下当地基准难以确定的问题。在转台上安装两根垂直的长杆，利用长杆上安装的卫星导航系统接收天线进行转台旋转中心的位置确定和转台平台的方向确定。结合目标的状态信息，分别用位置速度转换法和坐标转换矩阵法计算转台旋转指令，位置速度转换方法可以计算转台指令角速度信息，可用于跟踪动目标。坐标转换矩阵方法无法计算转台指令角速度信息，可用于瞄准静目标。

主权项

一种基于差分卫星导航测量的跟踪转台定姿与指令补偿方法，其特征在于，在转台上安装两根相互垂直的长杆，在长杆上安装卫星导航系统接收天线进行转台旋转中心的位置确定和转台平台的方向确定，分别用位置速度转换法和坐标转换矩阵法计算转台旋转指令，具体过程如下：一、平台定姿(一)长杆的安装在转台安装面上从方位旋转中心沿俯仰轴方向和垂直轴方向各安装一根长杆，定义这两个相互垂直的长杆的交点A和两个端点分别为B、C点，A点与转台的转动中心OR不重合，有一个偏移量δ，两个长杆固连在转台的安装平面上，当转台的转动方位角和俯仰角分别为0时，这两个杆的方向确定平台的指向，A、B、C三点的位置确定转台转动中心OR的位置；(二)平台定向在A、B、C三点安装卫星导航系统载波相位测量系统，任意时刻测得三点的大地经度L、大地纬度B'和大地高H数据，通过下式得到A、B、C三点地心地固坐标系ECF的位置矢量rA,E、rB,E和rC,E：式中：N为地球椭球的卯酉圈半径，e为椭球的第一偏心率；其中a和b分别为椭球的长半径和短半径；计算ECF坐标系A点到B、C点的相对位置矢量rAB,E和rAC,ErAB,E＝rB,E‑rA,E,rAC,E＝rC,E‑rA,E       (3)以A点为原点建立北东地坐标系GA，将A到B、C的相对位置矢量rAB,E和rAC,E转换到GA坐标系，得和由和得北东地坐标系中转台坐标系三个轴的单位矢量为得北东地坐标系到转台坐标系的方向余弦阵，也即坐标转换矩阵为而由北东地坐标系到转台坐标系的转换矩阵，写为北东地坐标系到平台坐标系、再由平台坐标系到转台坐标系的转换矩阵的乘积因此北东地坐标系到平台坐标系的转换矩阵写为而平台坐标系到转台坐标系的转换矩阵为α为 转台指令方位角，β为 转台指令俯仰角；将式(9)代入式(8)，得至此，得到北东地坐标系到平台坐标系的转换矩阵，也即方向余弦阵，将矩阵写为元素的形式北东地坐标系到平台坐标系的转换矩阵与平台方向角：方位角AP、俯仰角EP、滚动角RP的关系为由式(11)和式(12)得平台俯仰角为Ep＝arcsin(‑a13),定义函数函数θ(x,y)的值域为[‑π,+π]；如果得到的平台俯仰角‑π/2＜Ep＜π/2，则平台方位角和滚动角为如果得到的平台俯仰角Ep＝±π/2，则有AP＝‑θ(a22,a21),RP＝0    (16)在已经得知转台此时指令方位角α和指令俯仰角β的情况下，求解得到平台定向参数AP、EP和RP；(三)平台定位方法长杆的交点A与转台转动中心OR点不重合，二者之间的偏移量δ由转台、长杆、天线的外形尺寸决定，通过图纸或测量得到，为已知量，转台坐标系中A点到OR点的相对位置矢量为rAO,R表示为rAO,R＝(0 0 δ)T，由和A点的大地坐标得到转台坐标系到地心地固系的坐标转换矩阵为因此在地心地固系中A点到OR点的相对位置矢量为rAO,E表示为rAO,E＝MR→ErAO,R              (18)故地心地固系中OR点的位置矢量为rO,E＝rA,E+rAO,E        (19)将rO,E用大地坐标表示，即得到了转台转动中心的位置，完成了平台的定位；(四)多次定位定向方法由于A、B、C三点的位置测量存在误差，因此由前述得到的平台定位定向参数也存在误差，进行多次测量，得到多组数据，计算多组参数值，最终参数值取各次参数的平均值；二、转台旋转指令计算转台的基本功能是通过转动两个角度：指令方位角α和指令俯仰角β，使得安装在转台上的有效载荷在当地北东地坐标系下指向所需的方位角AG和俯仰角EG，北东地坐标系下的目标状态、转台旋转中心位置参数、平台定向参数均为已知量，所求的未知量是转台的旋转角度与旋转角速度，转台指令参数的计算方法有两种，分别为位置速度转换法和坐标转换矩阵法。