CN106382924A - 车载测控设备对北极星精确寻北方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车载测控设备测量领域，具体涉及车载测控设备对北极星精确寻北方法，此方法是一种适用于车载测控设备布站周围既无基准方位标，又无其他固定站的情况下的方位零度综合标定方法。利用北极星在北极点附近，且是一颗2等星，在夜空中较亮的特点，通过对光线折射误差修正、利用圆的求解公式，获取车载测控设备本地天线的方位零位偏差。本发明由于采用上述方案，不需要在设备布站点位周围定点立标，减少人力物力，测量方法简便、可靠，方便设备转场，提高测量精度，适用于车载测控设备布站周围既无基准方位标，又无其他固定站的情况，应用前景广阔。

Description

车载测控设备对北极星精确寻北方法

技术领域

本发明涉及车载测控设备测量领域，具体涉及车载测控设备对北极星精确寻北方法。

背景技术

车载活动测控设备每次试验任务都要根据任务型号飞行特点和跟踪测量要求确定遥测设备的布站地址。设备到达指定位置后，为了实现捕获与跟踪目标，都要确定跟踪系统的天线方位零位偏差，即进行方位零位偏差修正。如果测量、装订的方位零位偏差的误差较大，会导致遥测站在用理论弹道引导或中心数字引导捕获目标时天线对目标角度偏差大，接收信号减弱，甚至接收不到信号，捕获不到目标。

传统的方位零位偏差测量方法通常采用对方位标法。需要在设备布站点位周围定点立标，且每个测量点位要求至少用三个方位标，每个布站点位及其周围的立标点必须经过大地测量，最后计算得出设备天线的理论对标方位角。

但并非每个单位都具备大地测量能力，且某些布站点位偶尔使用，甚至仅用一次，同时方位标长期暴露在户外容易损坏，需要人力维护，否则造成对标数据精度降低或无效。

另外，如果方位标距离设备太近，标校望远镜偏离天线中心也会影响最终的对标精度。因此，在任务密度大、设备转场频繁的情况下，传统的方位零位偏差测量方法越来越难以保障设备参试。

发明内容

针对现有技术存在的问题，解决了传统方位零位偏差测量方法过程繁琐的问题，本发明提供了一种车载测控设备对北极星精确寻北方法。

具体技术方案如下：

车载测控设备对北极星精确寻北方法，包括如下步骤：(1)在晴朗的夜晚，最好没有强光源的环境，用肉眼从北半天辨认出北极星，并把天线俯仰角转至本地纬度值；(2)转方位角，使天线方向大致在正北方向，并观察天线座上的标校望远镜，看北极星是否在望远镜视野范围内；(3)若在视野之内，则操纵天线使北极星到达视野中心，记下此时天线卷绕角；(4)若不在视野内，则左右微调天线，继续观察，若仍无法看到，则上下微调俯仰角，固定一俯仰角后再左右微调方位角，这样反复调节，直至北极星到达望远镜视野方位内，而且调到视野中心，此时天线的卷绕角就是天线车尾方向相对于北极星方向的角度偏差；(5)在夜晚，间隔一定时间，用车载测控设备天线对三次北极星，记下三组不同的对星角度，并将俯仰角进行大气折射修正后，得出三点坐标为(A₁,E₁)、(A₂,E₂)、(A₃,E₃)，其中A₁、A₂、A₃为卷绕角，则修正后的三点坐标已经没有大气折射影响，因此在以北极点为圆心的同一个标准圆上；

其中本地对准北极点的卷绕角的计算方法为：(1)利用光线折射误差公式获取对北极星俯仰角的修正值，对北极星的观测俯仰角减去以上偏差，即为北极星的实际俯仰角；(2)修正后，北极星在天空的运行轨迹为以北极点为圆心的一个标准圆，利用圆的求解方程，便可以得出本地对准北极点的卷绕角，即为本地车载测控设备的方位零度。

进一步地，对北极星俯仰角的修正的计算方法如下：

当目标在对流层之外，且仰角大于5度时，光线折射误差公式为：

ΔE_d＝57.29578×10^-6N_SctanE_C (a)

式中：ΔE_d为光线折射引起的俯仰角误差，单位为“度”；E_c为对星俯仰角，单位为“度”；N_s＝300，为地面大气折射指数；

上述公式适用于对北极星俯仰角的修正，对北极星的观测俯仰角减去以上偏差，即为北极星的实际俯仰角，修正后，北极星在天空的运行轨迹为以北极点为圆心的一个标准圆；

进一步地，对准北极点的卷绕角的计算方法如下：

由于北极星不在地球自转轴上，但北极星-地球之间的连线与地球自转轴的夹角θ很小，以地球为参照物，则可认为是北极星在一个与地球自转轴垂直的平面内围绕地球自转轴转动，设其转动半径为r，距离地球为l，当角度θ很小时，近似有sinθ＝θ＝r/l，r＝θ×l；

则在北极星转圈的平面内，Δθ＝Δr/l，Δr＝Δθ×l (b)

利用公式(b)得到以下三个方程：

r²＝(A₁-A₀)²×l²+(E₁-E₀)²×l²；

r²＝(A₂-A₀)²×l²+(E₂-E₀)²×l²；

r²＝(A₃-A₀)²×l²+(E₃-E₀)²×l²；

将l²约去，得到以下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{(A_1-A_0)}^2+{(E_1-E_0)}^2={(A_2-A_0)}^2+{(E_2-E_0)}^2\\ {(A_1-A_0)}^2+{(E_1-E_0)}^2={(A_3-A_0)}^2+{(E_3-E_0)}^2\end{array}\right.$

从中解出(A₀,E₀)：

$\begin{array}{c}{A}_0=\frac{{\mathrm{\ΔE}}_{12}{\mathrm{\ΔE}}_{23}{\mathrm{\ΔE}}_{31}+{\mathrm{\ΔE}}_{12}{\mathrm{\ΔA}}_{23}\ΣA_{23}-{\mathrm{\ΔE}}_{23}{\mathrm{\ΔA}}_{12}\ΣA_{12}}{2({\mathrm{\ΔE}}_{12}{\mathrm{\ΔA}}_{23}-{\mathrm{\ΔA}}_{12}{\mathrm{\ΔE}}_{23})}\\ E_0=\frac{{\mathrm{\ΔA}}_{12}{\mathrm{\ΔA}}_{23}{\mathrm{\ΔA}}_{31}+{\mathrm{\ΔA}}_{12}{\mathrm{\ΔE}}_{23}\ΣE_{23}-{\mathrm{\ΔA}}_{23}{\mathrm{\ΔE}}_{12}\ΣE_{12}}{2({\mathrm{\ΔA}}_{12}{\mathrm{\ΔE}}_{23}-{\mathrm{\ΔE}}_{12}{\mathrm{\ΔA}}_{23})}\end{array}---\left(c\right)$

式中：ΣA_ab＝A_a+A_b，ΔE_ab＝E_a-E_b，ΣE_ab＝E_a+E_b

利用公式(c)得到本地对准北极点的卷绕角，即本地车载测控设备天线的方位零位偏差。

进一步地，所述步骤(5)中的三次对星时间中的相邻的两次对星时间至少为1小时。

有益效果：

本发明由于采用上述方案，不需要在设备布站点位周围定点立标，减少人力物力，测量方法简便、可靠，方便设备转场，提高测量精度，适用于车载测控设备布站周围既无基准方位标，又无其他固定站的情况，应用前景广阔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：三次对北极星计算指北差示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1：在晴朗的夜晚(最好没有强光源的环境)，用肉眼从北半天辨认出北极星。先把天线俯仰角转至本地纬度值。再转方位角，使天线方向大致在正北方向。观察天线座上的标校望远镜，看北极星是否在望远镜视野范围内，若在视野之内，则操纵天线使北极星到达视野中心，记下此时天线卷绕角。若不在视野内，则左右微调天线，继续观察。若仍无法看到，则上下微调俯仰角，固定一俯仰角后再左右微调方位角。这样反复调节，直至北极星到达望远镜视野方位内，而且调到视野中心。此时天线的卷绕角就是天线车尾方向相对于北极星方向的角度偏差。

当目标在对流层之外，且仰角大于5度时，光线折射误差公式为：

ΔE_d＝57.29578×10^-6N_SctanE_C (a)

式中：ΔE_d为光线折射引起的俯仰角误差(度)；

E_c为对星俯仰角(度)；

N_s＝300，为地面大气折射指数。

公式(a)适用于对北极星俯仰角的修正。对北极星的观测俯仰角减去以上偏差，即为北极星的实际俯仰角。修正后，北极星在天空的运行轨迹为以北极点为圆心的一个标准圆。

由于北极星不在地球自转轴上，但北极星-地球之间的连线与地球自转轴的夹角θ很小。以地球为参照物(假设地球不动)，则可认为是北极星在一个与地球自转轴垂直的平面内围绕地球自转轴转动，设其转动半径为r，距离地球为l，当角度θ很小时，近似有sinθ＝θ＝r/l，r＝θ×l。

则在北极星转圈的平面内，Δθ＝Δr/l，Δr＝Δθ×l (b)

在夜晚间隔一定时间(最好1～2小时)用天线对北极星三次，记下三组不同的对星角度。将俯仰角进行大气折射修正后，得出三点坐标为(A₁,E₁)、(A₂,E₂)、(A₃,E₃)，其中A₁、A₂、A₃为卷绕角。利用公式(b)得到以下三个方程：

r²＝(A₁-A₀)²×l²+(E₁-E₀)²×l²；

r²＝(A₂-A₀)²×l²+(E₂-E₀)²×l²；

r²＝(A₃-A₀)²×l²+(E₃-E₀)²×l²；；

将l²约去，得到以下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{(A_1-A_0)}^2+{(E_1-E_0)}^2={(A_2-A_0)}^2+{(E_2-E_0)}^2\\ {(A_1-A_0)}^2+{(E_1-E_0)}^2={(A_3-A_0)}^2+{(E_3-E_0)}^2\end{array}\right.$

从中解出(A₀,E₀)：

$\begin{array}{c}{A}_0=\frac{{\mathrm{\ΔE}}_{12}{\mathrm{\ΔE}}_{23}{\mathrm{\ΔE}}_{31}+{\mathrm{\ΔE}}_{12}{\mathrm{\ΔA}}_{23}\ΣA_{23}-{\mathrm{\ΔE}}_{23}{\mathrm{\ΔA}}_{12}\ΣA_{12}}{2({\mathrm{\ΔE}}_{12}{\mathrm{\ΔA}}_{23}-{\mathrm{\ΔA}}_{12}{\mathrm{\ΔE}}_{23})}\\ E_0=\frac{{\mathrm{\ΔA}}_{12}{\mathrm{\ΔA}}_{23}{\mathrm{\ΔA}}_{31}+{\mathrm{\ΔA}}_{12}{\mathrm{\ΔE}}_{23}\ΣE_{23}-{\mathrm{\ΔA}}_{23}{\mathrm{\ΔE}}_{12}\ΣE_{12}}{2({\mathrm{\ΔA}}_{12}{\mathrm{\ΔE}}_{23}-{\mathrm{\ΔE}}_{12}{\mathrm{\ΔA}}_{23})}\end{array}---\left(c\right)$

式中：ΣA_ab＝A_a+A_b，ΔE_ab＝E_a-E_b，ΣE_ab＝E_a+E_b

利用公式(c)得到本地对准北极点的卷绕角，即本地车载测控设备天线的方位零位偏差。

本发明由于采用上述方案，不需要建立方位标，测量方法简便、可靠，适用于车载测控设备布站周围既无基准方位标，又无其他固定站的情况，应用前景广阔。

仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.车载测控设备对北极星精确寻北方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在晴朗的夜晚，最好没有强光源的环境，用肉眼从北半天辨认出北极星，并把天线俯仰角转至本地纬度值；(2)转方位角，使天线方向大致在正北方向，并观察天线座上的标校望远镜，看北极星是否在望远镜视野范围内；(3)若在视野之内，则操纵天线使北极星到达视野中心，记下此时天线卷绕角；(4)若不在视野内，则左右微调天线，继续观察，若仍无法看到，则上下微调俯仰角，固定一俯仰角后再左右微调方位角，这样反复调节，直至北极星到达望远镜视野方位内，而且调到视野中心，此时天线的卷绕角就是天线车尾方向相对于北极星方向的角度偏差；(5)在夜晚，间隔一定时间，用车载测控设备天线对三次北极星，记下三组不同的对星角度，并将俯仰角进行大气折射修正后，得出三点坐标为(A₁,E₁)、(A₂,E₂)、(A₃,E₃)，其中A₁、A₂、A₃为卷绕角，则修正后的三点坐标已经没有大气折射影响，因此在以北极点为圆心的同一个标准圆上；

其中本地对准北极点的卷绕角的计算方法为：(1)利用光线折射误差公式获取对北极星俯仰角的修正值，对北极星的观测俯仰角减去以上偏差，即为北极星的实际俯仰角；(2)修正后，北极星在天空的运行轨迹为以北极点为圆心的一个标准圆，利用圆的求解方程，便可以得出本地对准北极点的卷绕角，即为本地车载测控设备的方位零度。

2.如权利要求1所述的车载测控设备对北极星精确寻北方法，其特征在于，对北极星俯仰角的修正的计算方法如下：

当目标在对流层之外，且仰角大于5度时，光线折射误差公式为：

ΔE_d＝57.29578×10^-6N_SctanE_C (a)

式中：ΔE_d为光线折射引起的俯仰角误差，单位为“度”；E_c为对星俯仰角，单位为“度”；N_s＝300，为地面大气折射指数；

上述公式适用于对北极星俯仰角的修正，对北极星的观测俯仰角减去以上偏差，即为北极星的实际俯仰角，修正后，北极星在天空的运行轨迹为以北极点为圆心的一个标准圆。

3.如权利要求1所述的车载测控设备对北极星精确寻北方法，其特征 在于，对准北极点的卷绕角的计算方法如下：

由于北极星不在地球自转轴上，但北极星-地球之间的连线与地球自转轴的夹角θ很小，以地球为参照物，则可认为是北极星在一个与地球自转轴垂直的平面内围绕地球自转轴转动，设其转动半径为r，距离地球为l，当角度θ很小时，近似有sinθ＝θ＝r/l，r＝θ×l；

则在北极星转圈的平面内，Δθ＝Δr/l，Δr＝Δθ×l (b)

利用公式(b)得到以下三个方程：

r²＝(A₁-A₀)²×l²+(E₁-E₀)²×l²；

r²＝(A₂-A₀)²×l²+(E₂-E₀)²×l²；

r²＝(A₃-A₀)²×l²+(E₃-E₀)²×l²；

将l²约去，得到以下方程组：

从中解出(A₀,E₀)：

(c)

式中：ΣA_ab＝A_a+A_b，ΔE_ab＝E_a-E_b，ΣE_ab＝E_a+E_b

利用公式(c)得到本地对准北极点的卷绕角，即本地车载测控设备天线的方位零位偏差。

4.如权利要求1所述的车载测控设备对北极星精确寻北方法，其特征在于：所述步骤(5)中的三次对星时间中的相邻的两次对星时间至少为1小时。