由于单星敏感器横滚测量精度偏低会影响航向测量精度, 本文针对测量船的实际使用环境, 提出了基于视轴指向的双星敏感器船体姿态测量方法。介绍了单星敏感器船体姿态测量原理及其不足, 分析了星敏感器滚动角测量误差对船体姿态测量精度的影响。设计了双星敏感器船体姿态测量系统, 建立了基于视轴指向测量的双星敏感器船体姿态测量模型。最后, 对该算法模型进行了外场试验验证。试验结果表明, 基于双星敏感器的船体姿态测量方法获得的航向、纵摇及横摇测量精度分别为6.9″、5.7″及4.5″, 显著优于基于单星敏感器的船体姿态测量精度, 避免了星敏感器横滚测量精度对航向测量结果的影响, 为船用星敏感器的工程设计提供了参考依据。

提出了一种基于双星敏感器的船体姿态测量系统。本系统采用两台大视场高精度CCD星敏感器, 一台指向船艉, 一台指向左舷, 组合定姿达到提高横摇角测量精度的目的。选用TH7888A作为CCD传感器, 成像后经实时图像处理器提取星点目标位置、灰度信息传给数据处理计算机, 通过星图识别、姿态确定获取地心惯性坐标系下视轴指向, 经岁差、章动、极移、船位、蒙气差等修正, 获得惯导地平系下姿态矩阵。依据标定的星敏感器与甲板坐标系安装矩阵, 解算船体姿态角, 将两台星敏感器解算的姿态角进行融合, 达到获取三个高精度船体姿态角的目的。实验表明, 该系统航向、纵摇及横摇测角精度分别达到8.46″、7.16″及5.11″, 测量精度高、自主性强且能不随时间漂移。

设计了动态实时水平基准测量系统, 讨论了用该测量系统测量远望号测量船变形角的可行性及利用该系统测量船体横扭角和纵挠角的原理和误差项。依据测量船的实际需要确定了动态水平基准测量系统的关键技术指标, 并分析了测量船体横扭角和纵挠角的测量精度。分析结果表明: 系统对船体横扭角和纵挠角的测量误差均不大于3″, 测量距离理论上不受任何限制, 远大于200 m(测量船船体长度)。利用现有外场试验条件进行了码头停靠状态下远望号测量船两测量点间的船体横扭角和纵挠角测量试验, 结果表明: 利用动态水平基准测量系统实时测量船体横扭角和纵挠角的方法切实可行, 不仅提高了测量精度, 而且克服了传统的大钢管基准测量法体积大、重量沉, 装调及维护困难等缺陷。实验显示, 该动态实时水平基准测量系统的应用领域相对广泛。

针对测量船传统实时水平测量方法精度较低(≥100″)的问题，引入了基于光学测量手段的动态实时船体水平姿态测量方法。采用“光学编码精密测角＋惯性同步复示平台＋水平误差检测工具”的设计模式，保证了跟踪的稳定性，提高了测量精度。实验结果表明：提出的方法可以提供比传统惯导系统更稳定、精度更高(纵摇537″,横摇360″)的船体水平姿态数据；可以作为一种普遍适用的运动载体精密水平测量监测手段，为运动载体实时提供高精度的水平基准信息，或用于运动载体惯导水平精度鉴定等。

为了克服船体变形对航天测量船船载设备外测数据的影响,需对船载设备外测数据进行船体变形修正,为此建立了船体变形修正数学模型。从航天测量船船体变形测量系统的基本构成、测量原理和测量元素入手,建立变形测量坐标系,讨论变形测量角与欧拉角的关系,详细推导了船体变形数据处理计算公式,给出了变形数据处理的数学模型。工程应用结果表明:船体变形对飞行器初轨半长轴a的影响比较大,对于近地近圆轨道,影响值是几百米的量级,最大达到800～900 m,而对于大椭圆轨道,影响值则达20 km,经船体变形修正后可以消除这项影响。建立的变形修正数学模型反映了船体变形的客观规律,能有效消除船体变形对船载设备外测数据的影响,提高测量船外测数据处理的精度。