一种天文/地磁组合定向方法技术

本发明专利技术涉及一种天文/地磁组合定向方法，属于天文/地磁定向技术领域。本发明专利技术通过在全站仪内部设置地磁模块，利用设置在全站仪内的地磁模块进行初始概略定向；然后根据概略定向结果驱动全站仪指向所选的任意星，使所选的任意星在全站仪望远镜的视场内，利用全站仪的相机获取全站仪望远镜的视场内所选任意星的星点像素坐标；再根据得到的任意星的星点像素坐标、全站仪望远镜十字丝中心对应的水平角和高度角以及任意星的理论方位角和高度角计算任意星的观测方位角和高度角；最后根据得到的各任意星的观测方位角和高度角进行组合定向。本发明专利技术无需人工参与，有效提高了定向测量的自动化程度和观测效率，能够实现天文/地磁定向的优势互补。优势互补。优势互补。

【技术实现步骤摘要】
一种天文/地磁组合定向方法


[0001]本专利技术涉及一种天文/地磁组合定向方法，属于天文/地磁定向


技术介绍

[0002]定向是确定空间矢量在参考坐标系中方向的一种技术，其在天文大地测量、工程测量、矿山测量、地下钻探等领域具有重要应用。常用的定向手段主要有天文定向、地磁定向、惯性定向、GPS定向等，其中天文定向的精度最高，通常作为绝对的方位基准，用于校准地磁、惯性等定向结果。
[0003]天文定向在白天主要依赖观测太阳，在夜间主要依赖于北极星、行星、月亮等特征天体，也有学者提出利用任意星实现天文定向，但这些方法都存在以下单个或多个问题难以解决：1)观测员需要具备专业的识星、用星知识，才能正确辨识北极星等特征星，而晴朗夜间恒星数量众多，在陌生地域、视野遮挡、云雾天气情况下，很容易辨识错误；2)对任意星的观测依赖人工寻星和照准，自动化程度不高、可靠性不好；3)为了提升对任意星的识别成功率，必须对每颗星进行1～2分钟的跟踪观测，使得任意星移动足够长的弧段，才能保证任意星外推位置的精度，这也导致观测效率较为低下。
[0004]地磁定向是一种快速、方便的定向手段，但也存在以下缺点难以克服：1)在野外陌生地域，受电磁等环境因素干扰，地磁定向精度相对较低，通常只有0.5
°
；2)我国地磁台站数量有限，地磁场模型的分辨率有限，而且地磁场具有时变的特点，因此提供的磁偏角通常存在系统性误差，需要在工程应用前予以标定。
[0005]为此，有人提出了将地磁定向和天文测量结合起来，例如名称为《地磁快速定向在天文测量自动化中的应用》的论文(作者叶凯、张超、时春霖等)提出将两种方法结合的方案，但是该方案只是利用地磁定向来辅助后续的天文测量，由于地磁定向存在的系统性误差，定向结果精度无法保证，进而影响后续的天文测量精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种天文/地磁组合定向方法，以解决目前天文定向、地磁定向过程中存在的效率低、自动化程度不高、精度低的问题。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题而提供一种天文/地磁组合定向方法，其该方法包括以下步骤：
[0008]1)利用设置在全站仪内的地磁模块进行初始定向，得到全站仪的初始航向角和地磁概略定向；
[0009]2)获取任意星星表，所述任意星星表中包括可观测的设定等级以上的满足设定条件的亮星的理论方位角、高度角；根据当前所处的地域和天气情况，从任意星星表中选择至少一颗任意星；
[0010]3)驱动全站仪指向所选的任意星，使所选的任意星在全站仪望远镜的视场内，并利用全站仪的相机获取全站仪望远镜的视场内所选任意星的星点像素坐标以及全站仪望
远镜十字丝中心对应的水平角和高度角；
[0011]4)根据步骤3)得到的任意星的星点像素坐标、全站仪望远镜十字丝中心对应的水平角和高度角以及任意星的理论方位角和高度角计算任意星的观测方位角和高度角；
[0012]5)根据得到的各任意星的观测方位角和高度角进行组合定向。
[0013]本专利技术首先将地磁寻北模块固定安装在全站仪上，利用地磁模块实现概略定向，基于概略定向结果驱动全站仪指向任意星，实现对任意星的自动跟踪和观测，有效提高了定向测量的自动化程度和观测效率；然后根据全站仪拍摄到任意星像素数据进行精确天文定向，并实现地磁模块高精度校准，以此实现天文/地磁定向优势互补。
[0014]进一步地，该方法还包括对所选的各颗任意星确定的航向角进行比较，若各航向角之间的差值小于设定阈值，则说明组合定向成功，否则返回步骤2)从任意星星表中重新选择任意星进行定向。
[0015]本专利技术通过比较各任意星得到的航向角之间的差值，在存在差值大于设定阈值时，则认为组合定向不成功，并重新选择任意星进行重新定向，通过这种检验方式，本专利技术能够进一步提高定向的精度。
[0016]进一步地，所述步骤5)的定向过程包括：
[0017]A.根据任意星的观测高度角以及任意星的视赤经和视赤纬确定测站天文经度和天文纬度；
[0018]B.根据任意星的观测方位角、理论方位角计算航向角，根据该航向角调整全站仪的水平度盘，并将该航向角作为地磁模块的地磁定向零偏。
[0019]本专利技术还能够根据任意星的观测高度角以及任意星的视赤经和视赤纬确定测站天文经度和天文纬度，实现了天文定位；同时在全站仪实现高精度天文定向后，将航向角作为地磁定向的系统误差，可以检校地磁定向零偏。
[0020]进一步地，所述步骤A中在计算测站天文经度和天文纬度时所用的观测高度角为经过大气折射改正后的真实高度角。
[0021]本专利技术考虑到大气折射对任意星观测高度角的影响，在利用观测高度角计算测站天文经度和天文纬度时对观测高度角进行大气折射改正，利用改正后的观测方位角进行天文定位，进一步提高了定位精度。
[0022]进一步地，所述步骤B在计算航向角时，将各任意星对应的航向角的均值作为最终的航向角。
[0023]本专利技术将各个任意星确定航向角的均值作为最终的航向角，用于组合定向，以避免单个航向角带来的误差。
[0024]进一步地，所述步骤2)中的设定条件为高度角范围在25
°
～50
°
。
[0025]本专利技术将将高度角范围限定为25
°
～50
°
，避免了高度角过高和过低的恒星均会产生较大的天文定向误差，进行提高了定向精度。
[0026]进一步地，所述的观测方位角和高度角的计算公式为：
[0027][0028]其中，A
s
为任意星的观测方位角，H
s
为任意星的观测高度角，a
11
、a
12
、a
21
和a
22
为标
定系数，(x0,y0)为全站仪望远镜十字丝中心的像素坐标，(x,y)为任意星星点像素坐标，A
c
和H
c
分别为全站仪望远镜十字丝中心对应的水平角和高度角。
[0029]本专利技术利用相机与全站仪望远镜十字丝的标定关系计算观测方位角和高度角，计算模型可由全站仪制造商提高，计算方便、可靠。
[0030]进一步地，所述的设定阈值由全站仪的测角精度确定。
[0031]本专利技术根据测角精度适应性调整设定阈值，提高了对组合定向是否成功的判定的可靠性。
[0032]进一步地，所述步骤A中经过大气折射改正后的真实高度角的计算公式为：
[0033][0034]其中H
′
为真实高度角，H
s
为观测高度角，范围为
‑
90～90
°
；p为气压，单位为hPa，t为温度，单位为K。
附图说明
[0035]图1是本专利技术天文/地磁组合定向方法的流程图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天文/地磁组合定向方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)利用设置在全站仪内的地磁模块进行初始定向，得到全站仪的初始航向角和地磁概略定向；2)获取任意星星表，所述任意星星表中包括可观测的设定等级以上的满足设定条件的亮星的理论方位角、高度角；根据当前所处的地域和天气情况，从任意星星表中选择至少一颗任意星；3)驱动全站仪指向所选的任意星，使所选的任意星在全站仪望远镜的视场内，并利用全站仪的相机获取全站仪望远镜的视场内所选任意星的星点像素坐标以及全站仪望远镜十字丝中心对应的水平角和高度角；4)根据步骤3)得到的任意星的星点像素坐标、全站仪望远镜十字丝中心对应的水平角和高度角以及任意星的理论方位角和高度角计算任意星的观测方位角和高度角；5)根据得到的各任意星的观测方位角和高度角进行组合定向。2.根据权利要求1所述的天文/地磁组合定向方法，其特征在于，该方法还包括对所选的各颗任意星确定的航向角进行比较，若各航向角之间的差值小于设定阈值，则说明组合定向成功，否则返回步骤2)从任意星星表中重新选择任意星进行定向。3.根据权利要求1或2所述的天文/地磁组合定向方法，其特征在于，所述步骤5)的定向过程包括：A.根据任意星的观测高度角以及任意星的视赤经和视赤纬确定测站天文经度和天文纬度；B.根据任意星的观测方位角、理论方位角计算航向角，根据该航向角调整全站仪的水平度盘，并将该航向角作为地磁模块的地磁定向零偏。4.根据权利要求3所述的天文/地磁组合定向方法，其特征在于，所述步骤A中在计算测站天文经度和天文纬度时所用的观测高度角为经过大气折射...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹银虎，张超，路辉，佟帅，张旭，李万里，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：