具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一、结合图1至图3所示，本发明提供了一种基于倾角传感器的天文平台自主定位方法，包括，

在天文平台上设置星敏感器、倾角传感器、授时装置和单片机；所述星敏感器用于采集平台姿态信息，倾角传感器用于采集平台相对于水平面的倾角信息，授时装置用于提供当前时刻；单片机用于向星敏感器、倾角传感器和授时装置发送遥测指令并接收所有采集数据信息；

所述定位方法包括：

使倾角传感器的方位与平台坐标系重合，由倾角传感器的倾角信息得到平台相对于水平面的转换矩阵；

由星敏感器的平台姿态信息获得平台相对于惯性坐标系的姿态矩阵；

由授时装置提供的当前时刻，得到惯性坐标系相对于地球坐标系的转换矩阵；

单片机根据平台相对于水平面的转换矩阵、平台相对于惯性坐标系的姿态矩阵和惯性坐标系相对于地球坐标系的转换矩阵进行解算，获得平台的经度和纬度。

本实施方式中，单片机与星敏感器、倾角传感器和精密授时装置电连接。单片机可以依次向精密授时装置、星敏感器和倾角传感器发送遥测命令，获取时间信息，平台姿态信息和平台倾角信息。单片机可通过串口与倾角传感器连接，可以向倾角传感器发送遥测信息，并接收倾角传感器返回的倾角信息。

作为示例，结合图2所示，倾角传感器可以通过螺钉固定在天文平台上，倾角传感器和天文平台的三个轴线方向(x,y,z)重合。倾角传感器提供平台两个轴线(x,y)相对于水平面的倾角，其中平台坐标系的x轴、y轴和z轴按照三维空间笛卡尔坐标系定义搭建。

进一步，结合图2所示，由倾角传感器的倾角信息得到平台相对于水平面的转换矩阵的方法包括：

式中θ_x为平台坐标系x轴相对于水平面的夹角，x轴在水平面之上为正；θ_y为平台坐标系y轴相对于水平面的夹角，y轴在水平面之上为正；θ_z为中间变量，θ_z＝arcsin(tanθ_xtanθ_y)；为平台相对于水平面的转换矩阵。

作为示例，结合图2所示，所述水平面的坐标系为水平坐标系，所述水平坐标系为右手坐标系，水平坐标系的x轴与平台坐标系x轴在水平面的投影重合，z轴竖直向上。

再进一步，结合图3所示，单片机通过串口与星敏感器连接，可以向星敏感器发送遥测信息，并接收星敏感器返回的平台姿态信息。星敏感器可以通过螺钉固定在天文平台上，提供平台相对惯性空间的四元数，由星敏感器的平台姿态信息获得平台相对于惯性坐标系的姿态矩阵的方法包括：

式中，星敏感器输出的单位四元数q＝w+xi+yj+zk，其中w、x、y、z为实数，i、j、k为虚数单位；

为平台相对于惯性坐标系的姿态矩阵。

所述星敏感器坐标系为右手坐标系，平行于探测器的两边直线作为x轴和y轴，z轴指向光轴。

作为示例，结合图3所示，所述惯性坐标系为右手坐标系，原点与地球重心重合，三轴指向不随地球的转动而改变，在空间中固定不动。

所述单片机通过串口与精密授时装置连接，可以向精密授时装置发送遥测信息，并接收精密传感器返回的时间信息。

再进一步，精密授时装置可以通过螺钉固定在平台上，所述精密授时装置可以得到当前测量时刻的精确时间信息，基于时间信息，惯性坐标系相对于地球坐标系的转换矩阵的获得方法包括：

式中M(t)为岁差-章动矩阵，R(t)为地球自转矩阵，W(t)为极移矩阵，t是自标准历元J2000.0起的儒略日，t的单位为儒略世纪数；M(t)、R(t)、W(t)和t的计算方法以IERS官网2019年7月份更新的IAU2006模型为准。

为惯性坐标系相对于地球坐标系的转换矩阵。

作为示例，地球坐标系为右手坐标系，原点在地心，相对地球表面为纯旋转运动，x轴指向零度子午面和赤道的交点，z轴指向地球北极。

再进一步，获得平台的经度和纬度的方法包括：

由平台相对于水平面的转换矩阵平台相对于惯性坐标系的姿态矩阵和惯性坐标系相对于地球坐标系的转换矩阵计算获得平台经纬度相关矩阵

由当地的经纬度和航向角唯一确定，再结合以下关系式计算获得平台经纬度相关矩阵

式中λ为平台的经度，为平台的纬度，η为平台的航向角，其为平台的x轴在水平面的投影与东向的夹角；

R₁和R₃分别为平台绕x和z轴的旋转矩阵。

再进一步，获得平台的经度和纬度的方法还包括：

假设平台经纬度相关矩阵的计算结果为：

式中R_ij表示矩阵中的元素，其中，i＝1，2，3，j＝1，2，3；

则通过反三角函数获得平台的经度λ为：

平台的纬度为：

至此，通过倾角信息、星敏姿态信息和时间信息，得到了平台所在的地理经纬度。

本发明的自主定位方法包括如下步骤：

步骤一：供电。为倾角传感器、星敏感器、精密授时装置和单片机分别供电；

步骤二：单片机发送命令字，若为遥测命令，则依次获取各设备的测量信息；

步骤三：单片机向精密授时装置发送时间遥测命令，采集时间信息；

步骤四：单片机向星敏感器发送星敏姿态遥测命令，采集星敏姿态信息；

步骤五：单片机向倾角传感器发送倾角遥测命令，采集平台倾角信息；

步骤六：单片机经解算得到当地的经纬度，并显示。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。