CN109813302A - 最佳可用导航星快速确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种最佳可用导航星快速确定方法，充分考虑了弹载计算机的存储和计算速度约束，在已知最佳导航星方位以及弹载导航星图的基础上，首先根据是否需要规避强光源分别确定局部处理窗口的大小；然后利用局部处理窗口对导航星图中的恒星进行筛选，得到局部导航星图，并确定出局部导航星图中恒星的数量；若恒星数量小于N颗，则利用遍历方法确定出最佳可用导航星，若恒星数量大于等于N颗，则利用星间角距最小以及落点圆概率误差变化最小的原则确定出最佳可用导航星。本发明基于局部导航星图确定最佳可用导航星，减小了弹上计算量，加快了运算速度；同时根据局部导航星图中的恒星数量来确定选星方法，占用内存少，计算速度快。

Description

最佳可用导航星快速确定方法

技术领域

本发明涉及制导控制技术领域，可应用于远程弹道导弹、运载火箭的主动段星光/惯性复合制导，尤其是应用于复合制导中最佳可用导航星的确定。

背景技术

现有的远程弹道导弹、运载火箭的主动段一般采用惯性制导技术，即通过加速度计、陀螺等惯性器件测量载体的视加速度、角速度等信息，经导航积分可获得载体的实时运行状态，并传递给制导系统。制导系统计算得到制导指令，控制载体的运动状态达到期望值。在惯性制导过程中，不可避免地存在定位定向误差、初始对准误差、惯性器件漂移误差等误差因素的影响，使惯性制导的精度降低，为此提出星光/惯性复合制导方法。

星光/惯性复合制导，是一种星光制导和惯性制导相结合的复合制导方式，更准确地说，是在纯惯性制导的基础上辅以星光制导。它利用在弹上测量恒星所获得的准确的惯性空间方位基准，来估计惯性导航平台(物理平台或数学平台)与发射惯性坐标系之间的失准角，并根据失准角估计值来修正惯性导航误差造成的落点偏差，以达到综合利用惯性导航信息和星光信息来提高导弹制导精度的目的。

星光/惯性复合制导需要在飞行过程中通过星敏感器测量导航星的方位，而最佳导航星是射前通过计算得到的，在导航星图中不一定存在，因此要在射前从导航星库中选定最佳可用导航星。考虑到星敏感器测量的限制，选取最佳可用导航星时需要考虑强光源的限制；同时还要考虑弹载计算机的存储和运算性能限制，要求在导航星库中选取最佳可用导航星占用的存储量尽可能小，运算量尽可能低，耗时尽可能小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种最佳可用导航星快速确定方法，减小弹上计算量，加快运算速度；根据局部导航星图中的恒星数量来确定选星方法，占用内存少，计算速度快。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种最佳可用导航星快速确定方法，包括以下步骤：

Step1：获取已经进行地平、强光源规避的导航星图，所述导航星图中包括恒星的赤经α₀、赤纬δ₀、高低角e₀、方位角σ₀信息；获取已经确定的最佳导航星方位[e_s σ_s]；

Step2：判断是否需要强光源回避，若需要转Step3，若不需要转Step6；

Step3：根据从天文年历中获得的太阳赤经α_sun、赤纬δ_sun，计算太阳在J2000.0 坐标系中的单位方向矢量i_J2000：

然后将J2000.0坐标系中的单位方向矢量转换到发射惯性坐标系中：

其中，为J2000.0坐标系到发射惯性坐标系的转换矩阵。

根据最佳导航星方位[e_s σ_s]，计算出最佳导航星在发射惯性坐标系中的单位方向矢量i_s：

计算出最佳导航星与太阳的角距θ_s：

θ_s＝arccos(i_s·i_sun)

Step4：判断θ_s是否小于太阳规避角α_sun与偏离角Δα的和，若小于重新计算偏离角Δβ：若不小于转Step6；

Step5：根据偏离角Δβ、导航星图中各恒星与太阳的角距θ₀确定出导航星图。首先计算出导航星图中恒星在理想发射惯性系中的单位矢量：

根据i_s和i₀，计算导航星图中恒星与最佳导航星的角距θ_I：

θ_I＝arccos(i₀·i_s)

根据i_sun和i₀，计算导航星图中恒星与太阳的角距θ₀：

θ₀＝arccos(i₀·i_sun)

对导航星库中的每颗恒星，依次判断下式是否成立

如果成立，说明恒星在最佳导航星的偏离角范围之内，在太阳规避角的范围之外，将该恒星放入局部导航星图中；

Step6：根据偏离角Δα、导航星图确定出局部导航星图；首先计算出导航星图中恒星在理想发射惯性坐标系中的单位矢量：

根据i_s和i₀，即可计算出导航星图中恒星与最佳导航星的角距θ_I：

θ_I＝arccos(i₀·i_s)

判断导航星图中恒星与最佳导航星的角距θ_I是否小于偏离角Δα，若小于则将该恒星放入局部导航星图中；

Step7：确定局部导航星图中恒星的数量，若小于N颗，利用遍历CEP的方法确定出最佳可用导航星，否则转Step8；

Step8：遍历局部导航星图中恒星与最佳导航星的角距θ_I，记角距最小的为第一颗备选导航星；遍历局部导航星图中恒星的ΔCEP(ΔCEP为导航星图中恒星 CEP与最佳导航星CEP的差值)，记ΔCEP最小的为第二颗备选导航星，ΔCEP的计算公式为

其中，为最佳导航星的CEP对高低角、方位角的偏导数；Δe_s、Δσ_s为导航星图中恒星与最佳导航星的方位差；判断第一颗、第二颗导航星是否为同一颗导航星，若是则该导航星即为最佳导航星，否则计算出第一颗、第二颗导航星的CEP，CEP小的为最佳导航星。

在获取到最佳星方位以及做了地平、强光源规避的导航星图的基础上，首先根据是否需要规避强光源分别确定局部处理窗口的大小；然后利用局部处理窗口对导航星图中的恒星进行筛选，得到局部导航星图，并确定出局部导航星图中恒星的数量；若恒星数量小于等于N颗(N＝5)，则利用遍历CEP的方法确定出最佳可用导航星，若恒星数量大于N颗，则利用星间角距最小以及最小确定出最佳可用导航星。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明充分考虑弹上计算机的存储和计算速度条件，按照是否需要规避强光源确定局部导航星图，并确定出局部导航星图中恒星的数量；根据数量来确定选取最佳可用导航星的方式。本发明优点在于：

(1)按照是否需要规避强光源分别确定了局部导航星图，减小了弹上计算量，加快了计算速度；

(2)根据局部导航星中恒星的数量来选取确定最佳可用导航星的方式，当数量小于等于N颗时，采用遍历CEP的方法，当大于N颗时，采用星间角距最小和ΔCEP最小的方法确定最佳可用导航星，占用内存小，计算速度快。

附图说明

图1一种最佳可用导航星快速确定方法流程图。

具体实施方式

以某远程弹道导弹星光/惯性复合制导系统为例，说明本发明实施的方式。

假设发射时间为2018年1月1日0时0分0秒，发射点的纬度为10度，经度为10度，发射点高程为0m，发射方位角为45度，星敏感器的安装角为[20 10] 度，太阳规避角为20度。

S1.获取到已经进行地平、强光源规避的导航星图，所述导航星图中包括 177颗恒星，包含了赤经α₀、赤纬δ₀、高低角e₀、方位角σ₀信息；获取已经确定的最佳导航星方位[22.72 9.91]度；

S2.判断是否需要进行强光源规避，需要规避转S3；

S3.从天文年历中获得发射时刻太阳的赤经α_sun＝-78.5635°、赤纬δ_sun＝-23.0205°，根据赤经、赤纬计算出太阳在J2000.0坐标系中的单位方向矢量：

然后计算出太阳在发射惯性系中的单位方向矢量：

计算出最佳导航星在发射惯性坐标系中的单位方向矢量i_s：

根据i_sun和i_s计算出最佳导航星与太阳的角距θ_s＝112.4°。

S4.θ_s大于规避角大于α_sun与偏离角Δα的和，转S6；

S6.根据偏离角Δα、导航星图确定出局部导航星图：

表1局部导航星图

S7.局部导航星图中恒星的数量为5颗，转S8：

S8.遍历局部导航星图中恒星与最佳导航星的角距θ_I，记角距最小的为第一颗备选导航星，此时的角距为4.1871deg；遍历局部导航星图中恒星的ΔCEP，记ΔCEP最小的为第二颗备选导航星，此时ΔCEP＝0.3543；第一颗备选导航星与第二颗备选导航星不为同一颗导航星，分别计算CEP，第一颗备选导航星的CEP 为5838.7m，第二颗备选导航星的CEP为5943.0m，选取第一颗备选导航星为最佳可用导航星。

表2局部导航星图中参数值

Claims (6)

1.一种最佳可用导航星快速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取已经进行地平、强光源规避的导航星图，所述导航星图中包括恒星的赤经α₀、赤纬δ₀、高低角e₀、方位角σ₀信息；获取已经确定的最佳导航星方位[e_s σ_s]；

2)判断是否需要进行强光源规避，若需要转步骤3)，若不需要转步骤6)；

3)根据从天文年历中获得的太阳赤经α_sun、赤纬δ_sun，计算太阳在发射惯性坐标系中的单位方向矢量i_sun；同时对于已经确定的最佳导航星，在已知方位的情况下，计算出最佳导航星在发射惯性坐标系中的单位方向矢量i_s；根据i_sun和i_s计算出最佳导航星与太阳的角距θ_s；

4)判断θ_s是否小于太阳规避角α_sun与偏离角Δα的和，若小于则重新计算偏离角，记重新计算出的偏离角为Δβ，然后根据偏离角Δβ、导航星图中各恒星与太阳的角距θ₀确定出局部导航星图；若不小于太阳规避角α_sun与偏离角Δα的和，则根据偏离角Δα、导航星图确定出局部导航星图；

5)确定局部导航星图中恒星的数量，若小于N颗，利用遍历圆概率偏差CEP的方法确定出最佳可用导航星；否则，遍历局部导航星图中的恒星与最佳导航星的角距θ_I，记角距最小的为第一颗备选导航星；遍历局部导航星图中恒星CEP与最佳导航星CEP的差值ΔCEP，记ΔCEP最小的为第二颗备选导航星，ΔCEP为恒星CEP与最佳导航星CEP的差值；判断这两颗导航星是否为同一颗导航星，若是都为最佳可用导航星，若不是计算这两颗导航星的圆概率偏差CEP，CEP最小的为最佳可用导航星。

2.根据权利要求1所述的最佳可用导航星快速确定方法，其特征在于，步骤3)中，角距θ_s的具体计算公式为：θ_s＝arccos(i_s·i_sun)；其中，[e_sσ_s]为最佳导航星方位；i_J2000为太阳在J2000.0坐标系中的单位方向矢量。

3.根据权利要求1所述的最佳可用导航星快速确定方法，其特征在于，步骤4)中，偏离角Δβ的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的最佳可用导航星快速确定方法，其特征在于，根据偏离角Δβ、导航星图中各恒星与太阳的角距θ₀确定出局部导航星图的具体实现过程包括：

1)计算导航星图中恒星与最佳导航星的角距θ_I；θ_I＝arccos(i₀·i_s)；

2)计算导航星图中恒星与太阳的角距θ₀：θ₀＝arccos(i₀·i_sun)；

3)若恒星同时满足以下条件，则将该恒星放入局部导航星图中：

5.根据权利要求1所述的最佳可用导航星快速确定方法，其特征在于，根据偏离角Δα、导航星图确定出局部导航星图的具体实现过程包括：

1)计算导航星图中恒星与最佳导航星的角距θ_I：θ_I＝arccos(i₀·i_s)；

2)判断导航星图中恒星与最佳导航星的角距θ_I是否小于偏离角Δα,若小于Δα，则将该恒星放入局部导航星图中。

6.根据权利要求1所述的最佳可用导航星快速确定方法，其特征在于，当局部导航星图中恒星数量多于N颗时，确定最佳可用导航星的计算步骤包括：

1)遍历局部导航星图中恒星与最佳星的角距θ_I，记θ_I最小的为第一颗导航星；

2)遍历局部导航星图中恒星的ΔCEP，记ΔCEP最小的为第二颗导航星，ΔCEP的计算公式为：其中， 为最佳导航星的CEP对高低角、方位角的偏导数；Δe_s、Δσ_s为导航星图中恒星与最佳导航星的方位差；

3)判断第一颗、第二颗导航星是否为同一颗导航星，若是则该导航星即为最佳可用导航星，若不是，计算出第一颗、第二颗导航星的CEP，CEP小的为最佳导航星。