[发明专利]一种基于双星顶点剖分弧度集合模糊匹配的船舶天文导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶天文导航方法。

背景技术

目前国内外有三种天文导航的体系结构。第一种是以航海中使用的六分仪为基础的天文导航系统。二战以后该方法开始大量应用，在先进导航技术发展的今天舰船航海中仍然保留有游标卡尺六分仪和机械六分仪导航手段，它是使用天文钟和航海天文历通过天体的高度差原理来定位，这种机械六分仪导航方法成为一种基本航海技能。当然此种技术和设备现已演化出电子六分仪。但这种系统的自治程度和自动化程度相对较低。对计算机中的天文历进行查询以获得恒星的格林时角和赤纬信息，结合被观测天体的高度信息，对其进行具体定位。

星库建立：星图识别的概念由Soosaar、Vagle和Iuzzalino在1969年率先提出。星图识别是指将天空中星体的所有特征（如星等、相邻星体的角距）预先存储到计算机的数据库中，建立导航星表数据库。根据星体特征，对星敏感器在某片星空中拍摄到的星体与导航星数据库中的导航星进行匹配，以确定被观测星体的名称及在星空中的准确位置。但是由于现有的特征星库单星体星均特征值少，导致只能对较大视场下拍摄的星图进行识别。

星图识别：第一种方法是基于同构思想进行星图识别。采用这种方法时，将星体作为定点，星体之间的距离用星角距来表示，依据星体星等和星体间的星角距进行识别。三角识别法、星角距识别法、匹配组识别法和多边形识别法都属于这种方法。第二种方法是基于图像识别思想进行星图识别。这种方法将被测星体与其临近星空区域的特点作为识别特征，将被测星体与存储在导航星表中的导航星进行特征匹配从而完成识别过程，再进一步确定被测星体的名称及确切位置。神经网络法、栅格识别法和奇异值识别法都属于这种方法。K.Ha和D.Mortari将星角距作为识别特征，提出了星角距识别法。所谓星角距识别法，是指在星敏感器捕获到数目充足的星体时，将其中的两颗被测星体的星等和它们之间的星角距作为特征，将被测星体与计算机星数据库中导航星表中的星进行匹配从而完成星图识别，确定被测星体名称具体位置的方法。星角距识别法的识别效果比较好，但因其对星敏感器的精度和可靠性有较高的要求，导致其执行起来比较困难。

发明内容

本发明是要解决现有定位导航方法定位精度低、基于双星顶点剖分弧度集合模糊匹配的船舶天文导航方法定位导航技术受到天气和海况的影响、克服卫星导航信号易受干扰、惯性导航设备误差随时间发散不足的问题，而提供了一种基于双星顶点剖分弧度集合模糊匹配的船舶天文导航方法。

基于双星顶点剖分弧度集合模糊匹配的船舶天文导航方法包括以下步骤：

（1）使用delaunay三角剖分方法剖分史密松森星表并建立特征星库；

（2）垂直于船舶平面正上方拍摄星图，使用delaunay三角剖分法剖分星图，从星图中取出临近双星，取出双星的弧度剖分向量在特征星库中进行模糊匹配，得到两个可能星点特征向量X、Y，同时从船舶水平仪中读取倾斜角度；

（3）比较两个可能星点特征向量X、Y中星之间的星角距，星角距最小的即为所求星对，实现星图识别；

（4）根据拍摄时船舶读取的倾斜角，确定真天顶赤经和赤纬，结合准确世界时，确定船舶经度和纬度，实现船舶定位，即完成了一种基于双星顶点剖分弧度集合模糊匹配的船舶天文导航方法。

发明效果：

本发明克服了航行船舶在干扰下无法进行卫星导航、长航时下惯性导航系统误差发散等缺点，构建了一种基于双星顶点剖分弧度集合模糊匹配的船舶全自主、高精度的天文导航方法，它有着如下优点：（1）采用星光弧度向量特征作为比较量的天文导航方法，仅需利用船载星敏感器和船舶水平仪，而不需要额外增加其他硬件设备，船舶也不与外界交换任何信息，该方法可以定义为一种完全自主的导航方法；（2）采用双星模糊识别算法，克服了如三角形识别等方法存在的特征信息量少、识别精度低以及识别速度慢等缺点，该方法能够在同一张星图中取得更多的特征信息和实现更快更准确的星识别。

采用以恒星之间构成的独特的位置关系，提取出以恒星为识别体弧度剖分识别向量，通过模糊查找该向量完成船舶上垂直拍摄星图的识别过程，根据识别出的恒星位置实现船舶的导航定位。

本发明涉及船舶导航技术领域，可用于船舶夜间无源导航定位，属于船舶导航技术领域，可应用于长航时强干扰的夜间船舶导航参数的确定。特别涉及一种基于双星顶点剖分弧度集合模糊匹配的船舶天文导航方法，适用于夜间船舶无源导航定位。