基于低轨卫星星座几何量测信息的光学导航定位方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116007615A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310068992.0G06F30/20(2020.01)(22)申请日2023.01.18G06F111/08(2020.01)(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人曾祥远杨心语刘天赐杜华军(74)专利代理机构北京孚睿湾知识产权代理事务所(普通合伙)11474专利代理师王冬杰(51)Int.Cl.G01C21/00(2006.01)G01C21/02(2006.01)G01C21/20(2006.01)G06T7/73(2017.01)G06F16/29(2019.01)权利要求书2页说明书9页附图6页(54)发明名称基于低轨卫星星座几何量测信息的光学导航定位方法(57)摘要本发明提供了一种基于低轨卫星星座几何量测信息的光学导航定位方法，其包括：生成卫星几何构型及定位误差的数据库；分析数据获取的卫星几何构型第一层筛选指标；提取主要影响定位误差的卫星几何构型参数；量化及无量纲化卫星几何构型参数并计算各参数权重；获取评价函数，计算不同卫星几何构型的可用度；根据卫星几何构型可用度分布获取第二层筛选指标；评价每次星点的几何构型并判断是否留下本次拍摄数据；对所有卫星几何构型为优的数据通过P3P算法进行定位并计算平均值作为最终定位结果。本发明通过观测低轨卫星利用P3P算法实现光学导航定位，定位方法快速和高效，有效解决P3P算法观测远距离目标定位精度差的问题。CN116007615ACN116007615A权利要求书1/2页1.一种基于低轨卫星星座几何量测信息的光学导航定位方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、生成卫星几何构型及定位误差的数据库：借助蒙特卡洛仿真，根据像素坐标系下三个星点的分布生成卫星观测信息、几何构型及定位结果的数据库；S2、分别分析星点在坐标系象限中不同分布下卫星几何构型及定位误差数据库中卫星几何构型与定位误差间的关系，提取数据获取卫星星点在像素坐标系中的象限位置分布对定位误差影响效果，将其作为第一层筛选指标；S21、将定位误差设置为5个区间，具体为：小于100m、100m‑300m、300m‑500m、500m‑700m和大于700m；S22、统计每种分布下2万次仿真结果的定位误差在步骤S21中5个区间的分布以及其对应的几何构型；S23、根据定位误差与卫星几何构型之间的关系，确定第一层筛选指标；S3、提取影响定位误差的卫星几何构型参数，统计分析各参数与定位误差间的影响关系；S4、量化及无量纲化各影响定位误差的卫星几何构型参数，建立评价函数，计算各参数的权重；S41、量化及无量纲化影响定位误差的卫星几何构型参数；S42、构造评价函数：其中，Qi为几何构型的可用度，wj为第j个参数对应的权重，Xij表示第i个数据的第j个参数，m表示参数个数；S43、采用熵权法计算各参数的权重；S431、借助数据无量纲化处理后的数据计算第i组数据的第j项参数值与前j项参数和的比值Yij：S432、计算第j项参数的熵值ej：其中，ln()表示对数运算；S433、计算各参数对应的综合权重wj：S5、借助评价函数，计算卫星几何构型的可用度，并分别计算不同分布、不同定位误差下卫星几何构型可用度的分布；S6、根据步骤S5计算获得的基于不同定位误差下几何构型的可用度分布，获取第二层筛选指标；2CN116007615A权利要求书2/2页S7、结果验证，对拍摄得到的星点的几何构型进行评价，若满足第一层与第二层筛选指标，则确认该几何构型，保存本次数据并利用P3P算法进行定位；否则，将本次数据剔除；S8、对多次步骤S7获得的几何构型的数据定位后，计算多组定位结果的平均值，获取最终定位结果。2.根据权利要求1所述的基于低轨卫星星座几何量测信息的光学导航定位方法，其特征在于，步骤S1所述星点表示卫星呈现在使用相机拍摄的卫星照片中的点。3.根据权利要求1所述的基于低轨卫星星座几何量测信息的光学导航定位方法，其特征在于，步骤S1所述卫星几何构型及定位误差的数据库参数包括：卫星在世界坐标系下的位置矢量；卫星星点在像素坐标系下的像素坐标；卫星星点在像素坐标系下围成的三角形的面积、角度及重心距图像坐标系原点的距离及定位误差。4.根据权利要求1所述的基于低轨卫星星座几何量测信息的光学导航定位方法，其特征在于，步骤S2所述不同分布具体为：三个卫星星点在像素坐标系下存在四种分布，分别为三个星点位于同一个象限、三个星点位于相邻两个象限内、三个星点位于不相邻的两个象限内以及三个星点位于三个不同的象限。5.根据权利要求1所述的基于低轨卫星星座几何量测信息的光学导航定位方法，其特征在于，步骤S3所述