CN109579874B - 一种光电平台现场标北方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电平台现场标北方法，属于光电平台标北技术领域。本发明先求出当前时间、经纬度条件下，月球的方位角和高度角，再利用月亮方位对光电平台视轴进行正北方向标定，既不需要其他设备，又能保证视轴精度。

Description

一种光电平台现场标北方法

技术领域

本发明属于光电平台标北技术领域，具体涉及一种光电平台现场标北方法。

背景技术

无人机的高速发展使得无人机光电告警平台成为一种重要的工业安防设备。现阶段针对无人机的光电平台一般要求高精度、视距远、分辨率高。满足这三个条件的光电平台体型一般较大，一般与雷达分开布置。因此为保证雷达信号能够有效指引光电平台，需要统一两者的初始零位。因为一般选用地理坐标系，所以初始零位就是地理正北方向。

现在常见的光电平台标北方法有以下几种：陀螺仪标北，陀螺仪的指向精度高但是陀螺仪的正北轴和光电平台的视轴方向无法确认平行，并且由于光电设备常安装在环境恶劣的地方，携带陀螺仪会带来新的负担；指南针标北，由于光电平台常安装在钢架结构上，所以会对指南针造成干扰；GPS差分标北，由于GPS存在偏差，所以通过计算的地理正北方向偏差较大。

因此，需要设计一种既不需要其他设备，又能保证视轴精度的标北方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种既不需要其他设备，又能保证视轴精度的标北方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光电平台现场标北方法，包括以下步骤：

步骤一、先求出当前时间、经纬度条件下，月球的方位角和高度角；

步骤二、利用月亮方位对光电平台视轴进行正北方向标定。

优选地，步骤一具体包括：

首先计算月球平黄经L′，月日距角D，太阳平近点角M，月球平近点角M′，月亮到升交点的平角距离F：

其中，参数T为J2000起算的儒略世纪数；

再计算月球黄经、黄纬的三个校正系数A₁,A₂,A₃和修正参数E：

利用校正系数A₁,A₂,A₃和修正参数E可求得月球黄经α和黄纬β：

其中，Sum_L为月球黄经正弦项和，Sum_R为月球黄经余弦项和，S_l为正弦振幅，S_r为余弦振幅，L_a,L_b,L_c,L_d是月球黄经周期项的角度组合系数，i为项数；

其中，Sum_B为月球黄纬正弦项和，S_b为正弦振幅，B_a,B_b,B_c,B_d是月球黄纬周期项的角度组合系数，i为项数；

月球的地心视黄经为α′，式中

为经度章动：

由此可计算得到月球赤经θ、赤纬ψ：

ψ＝arcsin(sin(β)·cos(e_m)+cos(β)·sin(e_m)·sin(α′)) (6)

θ＝arctan{[sin(α′)·cos(e_m)-tan(β)·sin(e_m)]/cos(α′)} (7)

其中，e_m为瞬时黄赤交角；

月球时角H由当前位置经度longitude，月球赤经θ和格林威治恒星时n_u计算：

H＝n_u+longitude-θ (8)

月球高度角δ和方位角η由当前位置纬度latitude，月球赤纬ψ和时角H计算：

δ＝arcsin[sin(latitude)·sin(ψ)+cos(latitude)·cos(ψ)·cos(H)] (9)

η＝arctan[sin(H)/(cos(H)·sin(latitude)-tan(ψ)·cos(latitude))]+180°(10)

从而求出月球相对于此经纬度的实时方位角η和高度角δ。

优选地，步骤二具体为：将转台从初始零位(X₀,Y₀)转动(η,δ)，若月球中心恰好也在光电设备显示图像中心，则认为此时光电设备的正北方向与地理正北方向重合，若月球中心不在光电设备显示图像中心，则通过转动转台，将月球移至视场中心，并记录此时转台的坐标(X₁,Y₁)，与实时月球角度(η,δ)做差，得到正北方向偏差角：

ΔX₁＝X₁-η,ΔY₁＝Y₁-δ (11)

将转台回归零位，N小时后重新计算月球角度(η,δ)，重新计算偏差角(ΔX₂,ΔY₂)；再过N小时后，重新计算偏差角(ΔX₃,ΔY₃)，得到校正后的系统初始零位

N为整数，按照公式(12)修正偏差，使平台指向地理正北。

优选地，N＝1。

优选地，所述光电平台用于无人机。

(三)有益效果

本发明先求出当前时间、经纬度条件下，月球的方位角和俯仰角，再利用月亮方位对光电平台视轴进行正北方向标定，既不需要其他设备，又能保证视轴精度。

附图说明

图1是光电平台现场简易标北方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种光电平台现场标北方法其主要思路是先求出当前时间、经纬度条件下，月球的方位角和高度角，再利用月亮方位对光电平台视轴进行正北方向标定，具体而言，包括以下步骤：

首先计算月球平黄经L′，月日距角D，太阳平近点角M，月球平近点角M′，月亮到升交点的平角距离F：

其中，参数T为J2000起算的儒略世纪数。

再计算月球黄经、黄纬的三个校正系数A₁,A₂,A₃和修正参数E：

利用校正系数A₁,A₂,A₃和修正参数E可求得月球黄经α和黄纬β：

其中，Sum_L为月球黄经正弦项和，Sum_R为月球黄经余弦项和，S_l为正弦振幅，S_r为余弦振幅，L_a,L_b,L_c,L_d是月球黄经周期项的角度组合系数，i为项数。

其中，Sum_B为月球黄纬正弦项和，S_b为正弦振幅，B_a,B_b,B_c,B_d是月球黄纬周期项的角度组合系数，i为项数。

月球的地心视黄经为α′，式中

为经度章动：

由此可计算得到月球赤经θ、赤纬ψ：

ψ＝arcsin(sin(β)·cos(e_m)+cos(β)·sin(e_m)·sin(α′)) (6)

θ＝arctan{[sin(α′)·cos(e_m)-tan(β)·sin(e_m)]/cos(α′)} (7)

其中，e_m为瞬时黄赤交角。

月球时角H由当前位置经度longitude，月球赤经θ和格林威治恒星时n_u计算：

H＝n_u+longitude-θ (8)

月球高度角δ和方位角η由当前位置纬度latitude，月球赤纬ψ和时角H计算：

δ＝arcsin[sin(latitude)·sin(ψ)+cos(latitude)·cos(ψ)·cos(H)] (9)

η＝arctan[sin(H)/(cos(H)·sin(latitude)-tan(ψ)·cos(latitude))]+180°(10)

求出月球相对于此经纬度的实时方位角η和高度角δ，将转台从初始零位(X₀,Y₀)转动(η,δ)，若月球中心恰好也在光电设备显示图像中心，则认为此时光电设备的正北方向与地理正北方向重合，若月球中心不在光电设备显示图像中心，则通过转动转台，将月球移至视场中心，并记录此时转台的坐标(X₁,Y₁)，与实时月球角度(η,δ)做差，得到正北方向偏差角：

ΔX₁＝X₁-η,ΔY₁＝Y₁-δ (11)

将转台回归零位，1小时后重新计算月球角度(η,δ)，重复上面过程，计算偏差角(ΔX₂,ΔY₂)；再过1小时后，重复上面过程，计算偏差角(ΔX₃,ΔY₃)，得到校正后的系统初始零位

按照公式(12)修正偏差，使平台指向地理正北。

本实施例中，输入指标包括实时的年、月、日、小时、分钟、秒、地理经度、地理纬度信息。利用这些信息计算儒略世纪数T，再利用公式(1)计算月球平黄经L′，月日距角D，太阳平近点角M，月球平近点角M′，月亮到升交点的平角距离F，以及月球黄经、黄纬的三个必要的参数A₁,A₂,A₃和修正参数E。在利用公式(3)可以求得月球黄经α和黄纬β，结合经度章动，可求月球的地心视黄经为α′，进而得到月球赤经θ、赤纬ψ，可由当前位置经度longitude算得月球时角H，再由当前位置纬度latitude，月球赤纬ψ和时角H计算月球高度角δ和方位角η。

(2)将转台从初始零位(X₀,Y₀)转动(η,δ)，若月球中心恰好也在光电设备显示图像中心，则认为此时光电设备的正北方向与地理正北方向重合。否则，计算偏差角度，重复3次后，按照公式(12)修正偏差，最后可以使平台指向地理正北。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种光电平台现场标北方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、先求出当前时间、经纬度条件下，月球的方位角和高度角；

步骤二、利用月亮方位对光电平台视轴进行正北方向标定；

步骤二具体为：将转台从初始零位(X₀，Y₀)转动(η，δ)，若月球中心恰好也在光电设备显示图像中心，则认为此时光电设备的正北方向与地理正北方向重合，若月球中心不在光电设备显示图像中心，则通过转动转台，将月球移至视场中心，并记录此时转台的坐标(X₁，Y₁)，与实时月球角度(η，δ)做差，得到正北方向偏差角：

ΔX₁＝X₁-η，ΔY₁＝Y₁-δ (11)

将转台回归零位，N小时后重新计算月球角度(η，δ)，重新计算偏差角(ΔX₂，ΔY₂)；再过N小时后，重新计算偏差角(ΔX₃，ΔY₃)，得到校正后的系统初始零位

N为整数，按照公式(12)修正偏差，使平台指向地理正北。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一具体包括：

首先计算月球平黄经L′，月日距角D，太阳平近点角M，月球平近点角M′，月亮到升交点的平角距离F：

其中，参数T为J2000起算的儒略世纪数；

再计算月球黄经、黄纬的三个校正系数A₁，A₂，A₃和修正参数E：

利用校正系数A₁，A₂，A₃和修正参数E可求得月球黄经α和黄纬β：

其中，Sum_L为月球黄经正弦项和，Sum_R为月球黄经余弦项和，S_l为正弦振幅，S_r为余弦振幅，L_a，L_b，L_c，L_d是月球黄经周期项的角度组合系数，i为项数；

其中，Sum_B为月球黄纬正弦项和，S_b为正弦振幅，B_a，B_b，B_c，B_d是月球黄纬周期项的角度组合系数，i为项数；

月球的地心视黄经为α′，式中

为经度章动：

由此可计算得到月球赤经θ、赤纬ψ：

ψ＝arcsin(sin(β)·cos(e_m)+cos(β)·sin(e_m)·sin(α′)) (6)

θ＝arctan{[sin(α′)·cos(e_m)-tan(β)·sin(e_m)]/cos(α′)} (7)

其中，e_m为瞬时黄赤交角；

月球时角H由当前位置经度longitude，月球赤经θ和格林威治恒星时n_u计算：

H＝n_u+longitude-θ (8)

月球高度角δ和方位角η由当前位置纬度latitude，月球赤纬ψ和时角H计算：

δ＝arcsin[sin(latitude)·sin(ψ)+cos(latitude)·cos(ψ)·cos(H)] (9)

η＝arctan[sin(H)/(cos(H)·sin(latitude)-tan(ψ)·cos(latitude))]+180° (10)

从而求出月球相对于此经纬度的实时方位角η和高度角δ。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，N＝1。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述光电平台用于无人机。

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