本发明涉及一种快速指向与跟踪装置及方法，属于自动控制技术领域。
技术背景
目前对恒星的跟踪采用的两种主要采用两种方法，一是使用赤道仪对恒星进行指向与跟踪时，但是存在极轴对准时间较长，指向误差大等缺点，而且当长时间跟踪时，误差累积效应会使被跟踪的恒星跑出跟踪视场而造成目标丢失。二是使用光电成像跟踪系统对恒星进行跟踪可达到较高的跟踪精度，但是当出现遮挡时会使被跟踪的恒星目标丢失。而将两种跟踪方式以适当方式组合到一起完成对恒星的跟踪目前还没有报道。
这里提出一种对恒星的指向与跟踪复合方法，将赤道仪跟踪与光电跟踪以卡尔曼滤波的方式组合到一起，既能够保证较高的跟踪精度，又不会因为遮挡等使被跟踪的目标丢失。在跟踪选定恒星时，如果目标特性较好，使用光电成像系统进行跟踪，同时可在跟踪过程中完成对赤道仪累积误差的修正；当使用当目标特性不好时，使用赤道仪系统进行跟踪。同时，提出将双天线gps/ins组合导航定位系统应用到赤道仪的极轴对准上，实现赤道仪极轴的快速、准确对准。通过上述原理与方法，可实现对选定恒星的快速指向与高精度跟踪，具有广泛的应用前景，将极大提高对选定恒星指向与跟踪的效率，节省人力与物力。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种快速指向与跟踪装置及方法，能完成对选定恒星或目标的快速指向与高精度跟踪，跟踪装置借助双天线gps/ins组合导航与定位系统提供的位置与姿态角信息实现赤道仪极轴对准。使用卡尔曼滤波技术将光电成像跟踪系统与赤道仪跟踪系统组合到一起应用，使系统具有较强的抗干扰能力。
本发明的技术方案是这样实现的：一种快速指向与跟踪装置，由计算机、光学系统、滤光片、ccd相机、第一gps天线、第二gps天线、gps/ins主机、连接板、观靶镜、赤道仪、支架构成；其特征在于：光学系统、滤光片、ccd相机、第一gps天线、第二gps天线、gps/ins主机顺次固联在连接板上面；观靶镜固联在连接板下面；连接板安置在赤道仪上；赤道仪安置在支架上；其中ccd相机通过线缆与计算机连接；第一gps天线通过线缆与gps/ins主机连接；第二gps天线通过线缆与gps/ins主机连接；gps/ins主机通过线缆与计算机连接；赤道仪通过线缆与计算机连接。
一种快速指向与跟踪的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）首先将计算机，ccd相机，gps/ins主机，赤道仪分别通电自检，进入工作状态；
（2）使用光学系统，滤光片，ccd相机对选定的恒星成像，通过光斑质心算法计算光斑位置坐标，调整赤道仪使恒星成像在ccd相机的靶面中心；
（3）通过gps/ins主机获得赤道仪的wgs-84坐标系下的位置坐标，俯仰角，方位角，横滚角；
（4）调整赤道仪使其俯仰角为零度，横滚角为零度，方位角指向正北方向，实现赤道仪极轴对准；
（5）建立卡尔曼滤波算法模型，模型输入量包括光斑位置坐标，赤道仪的俯仰角与方位角，模型输出量为赤道仪的俯仰角与方位角；
（6）计算机接收ccd相机提供的脱靶量信息与赤道仪提供的角度信息，在计算机通过卡尔曼滤波算法模型后生成复合控制时使所需俯仰角与方位角；
（7）计算机输出的信息控制赤道仪运动，实现对指定恒星的连续指向与跟踪；通过以上步骤完成对选定恒星的指向与跟踪。
本发明的积极效果是能完成对选定恒星或目标的快速指向与高精度跟踪，此跟踪装置借助双天线gps/ins组合导航与定位系统提供的位置与姿态角信息实现赤道仪极轴对准。使用卡尔曼滤波技术将光电成像跟踪系统与赤道仪跟踪系统组合到一起应用，使系统具有较强的抗干扰能力。在目标特性较差时也可完成跟踪，同时具有自动消除误差累积的功能，极大的提高了系统的实用性与应用价值。
附图说明
图1发明装置及方法组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：如图1所示，一种快速指向与跟踪装置，由计算机1、光学系统2、滤光片3、ccd相机4、第一gps天线5、第二gps天线6、gps/ins主机7、连接板8、观靶镜9、赤道仪10、支架11构成；其特征在于：光学系统2、滤光片3、ccd相机4、第一gps天线5、第二gps天线6、gps/ins主机7顺次固联在连接板8上面；观靶镜9固联在连接板8下面；连接板8安置在赤道仪10上；赤道仪10安置在支架11上；其中ccd相机4通过线缆与计算机1连接；第一gps天线5通过线缆与gps/ins主机7连接；第二gps天线6通过线缆与gps/ins主机7连接；gps/ins主机7通过线缆与计算机1连接；赤道仪10通过线缆与计算机1连接。
其中赤道仪：选用星特朗c8a-cgem型赤道仪；gps/ins组合导航定位系统主机：选用nv-gi-m120型号；ccd相机：选用ivg-b0620型号；gps天线：选用测量型gps天线。
实施例1
将计算机1、光学系统2、滤光片3、ccd相机4、第一gps天线5、第二gps天线6、gps/ins主机7、连接板8、观靶镜9、赤道仪10、支架11按说明书附图1方式连接在一起。
实施步骤如下：
（1）开启计算机1，ccd相机4，gps/ins主机7，赤道仪10分别通电自检，进入工作状态。
（2）选定恒星为天狼星，使用光学系统2，滤光片3，ccd相机4对天狼星成像，通过光斑质心算法计算光斑位置坐标，调整赤道仪10使天狼星成像在ccd相机4的靶面中心。
（3）以赤道仪位置点为坐标圆心，建立地理坐标系统，通过gps/ins主机7获得赤道仪10在该地理坐标系下的wgs-84坐标系下的位置坐标，俯仰角，方位角，横滚角。
（4）调整赤道仪10使其俯仰角为零度，横滚角为零度，方位角指向正北方向，实现赤道仪10极轴对准。
（5）建立卡尔曼滤波算法模型，模型输入量包括光斑位置坐标，赤道仪10的俯仰角与方位角，经过卡尔曼滤波算法后，模型输出量为赤道仪（10）的俯仰角与方位角。
（6）计算机1接收ccd相机4提供的脱靶量信息与赤道仪10提供的角度信息，在计算机10通过卡尔曼滤波算法模型后生成复合控制时使所需俯仰角与方位角。
（7）计算机1输出的信息控制赤道仪10运动，实现对指定恒星的连续指向与跟踪。当天狼星信号较好时主要通过ccd相机4提供的天狼星位置坐标完成跟踪，当天狼星信号不好时，例如，出现云等遮挡时主要通过赤道仪10提供的方位角和俯仰角信息完成跟踪。
通过以上步骤完成对选定天狼星的指向与跟踪。