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天文導航系統
鎖定
天文導航系統是利用自然星體與時間有關的位置信息,藉助被動光電探測設備,通過解算確定載體航向、姿態和位置的導航設備。
- 中文名稱
- 天文導航系統
- 英文名稱
- celestial navigation system
- 定 義
- 利用天體來測定飛行器位置和航向的自主式導航系統。
- 應用學科
- 航空科技(一級學科),飛行控制、導航、顯示、控制和記錄系統(二級學科)
以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公佈
- 中文名
- 天文導航系統
- 外文名
- celestial navigation system
- 原 理
- 天文導航技術
- 應用領域
- 導航
天文導航系統天文導航
所謂自主導航技術是指不與外界進行信息的傳輸和交換,不依賴於地面設備的定位導航技術。天文導航是利用光學敏感器測得的天體(太陽、月球、地球、行星和恆星)的信息進行載體位置計算的一種定位導航方法。天文導航和慣性導航技術一樣同屬於自主導航技術。
天文導航特點有:
1,和慣性導航技術同屬於自主導航技術
所謂自主導航技術是指不與外界進行信息的傳輸和交換,不依賴於地面設備的定位導航技術。天文導航是利用光學敏感器測得的天體(恆星、近天體)的信息進行載體位置的計算。天文導航和慣性導航技術一樣同屬於自主導航技術。
2,定位精度不很高,但誤差不積累,其精度取決於光學敏感器的精度
相比其他導航方法來説,天文導航的精度不是最高的,但其不像慣性導航存在誤差隨時間積累的問題,這一點對長時間運行的載體來説是非常重要的。天文導航的定位精度主要取決於光學敏感器的精度。
3,不僅可以提供位置信息,還可以提供高精度的姿態信息
但天文導航也存在不足之處:在某些情況下受外界環境的影響—如氣候條件;存在輸出信息不連續的問題。
天文導航系統天文導航原理
航空和航天的天文導航都是在航海天文導航基礎上發展起來的。航空天文導航跟蹤的天體主要是亮度較強的恆星。航天中則要用到亮度較弱的恆星或其他天體。以天體作為參考點,可確定飛行器在空中的真航向。使星體跟蹤器中的望遠鏡自動對準天體方向,可以測出飛行器前進方向與天體方向(即望遠鏡軸線方向)之間的夾角,即航向角。由於天體在任一瞬間相對於南北子午線之間的夾角(即天體方位角)是已知的。這樣,從天體方位角中減去航向角就得到飛行器的真航向。通過測量天體相對於飛行器參考面的高度就可以判定飛行器的位置。以地平座標系在飛行器上測得某星體C的高度角h,由90°-h 可得天頂距z,以星下點(天體在地球上的投影點)為圓心,以天頂距z所對應的地球球面距離R為半徑作一圓,稱為等高圓。在這個圓上測得的天體高度角都是h。同時測量兩個天體C1、C2,便得到兩個等高圓。由這兩個圓的交點得出飛行器的實際位置 M 和虛假位置M′。再用飛行器位置的先驗信息或第三個等高圓來排除虛假位置,經計算機解算即得出飛行器所在的經、緯度(λ、φ)。
[1]
天文導航系統應用範圍
1,長時間運行的載體
航海:艦船、潛艇。
2,要求高導航定位精度的領域。
3,要求自主定位導航的領域。
天文導航系統天文導航系統的分類
按照觀測星體數目多少,天文導航分為單星導航和多星導航。單星導航也稱為跟蹤式導航,需要星跟蹤器有伺服轉枱保持對星體的跟蹤;多星導航也稱星圖匹配式導航,需要在星敏感器視場中觀測到三個以上的星體。各星體之間的方位角差最好在60°~90°之間(越接近 90°越好),高度(俯仰角)最好在 15°~6°之間,星圖匹配式導航的精度要優於跟蹤式導航。
根據測星定位定向原理,天文導航可分為 3 種體系結構:
二是基於"高度差法"的天文導航系統,這種系統具有兩個特點:
(1)導航過程中要依賴於慣導平台提供的水平基準。
(2)系統光學分辨率高,抑制背景噪聲能力強,導航精度高。
三是基於星圖識別的多星矢量定位技術的天文導航系統。該系統具有如下特點:(1)大視場光學系統。視場內平均三顆以上的星體被利用,這樣可以提高系統捕獲星體的概率和導航精度;(2)不需要任何外部信息,直接輸出系統相對於慣性空間的姿態,因而能對陀螺誤差進行直接校正;(3)確定運載體慣性姿態的精度是現有設備中最高的;(4)系統在大氣層以內工作時,受天候影響較大,可靠性有待進一步提高。
天文導航系統發展趨勢
隨着微電子與計算機技術、光電探測技術的不斷髮展以及軍事領域和太空探索的更高需求,天文導航技術今後的發展趨勢是:
(1),發展多波段、小型、高精度、全自動、全天候光電天文導航系統。
(2),向自主導航方向發展,主要解決高精度水平基準問題。
(3),提高天文導航系統的導航數據輸出率、可靠性和方便性。
(4),研製新型的紅外波段(主要是0.85~3
波段)和毫米波光電探測器件,向高精度、多波段組合光電導航模式發展。
(5),未來的天文定位系統的精度可能達到l角秒,定位精度達到30米,從而在激烈的戰爭環境下可替代GPS設備。
(6),未來幾年,大視場光電天文導航系統主要朝以下幾個方向發展:用APS傳感器代替CCD傳感器。APS的優勢在於:提高了輻射阻抗、大的動態範圍、獨立的像素積分時間控制等。使用一片SOPC式微控制器和幾塊ASIC芯片(用FPGA技術實現)就能滿足跟蹤器對控制和處理電路的要求。這樣,跟蹤器的質量和大小就主要取決於光學部件,從而使整個系統的的成本大大減小而應用卻進一步擴大。採用50_300的大視場和小焦距光學系統。
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- 參考資料
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- 1. 現代天文導航及其關鍵技術 .萬方數據.2008-04-08[引用日期2016-11-27]
- 2. 國外天文導航技術發展綜述 .知網空間.2005-10-10[引用日期2016-11-27]
- 3. 高精度自主全天候天文導航系統 .萬方數據[引用日期2016-11-27]