一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于衛(wèi)星自主定軌領(lǐng)域，涉及一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法。其包括如下步驟：(1)：自主定軌開(kāi)始，系統(tǒng)初始化；(2)：獲取衛(wèi)星之間的星間測(cè)距；(3)：計(jì)算星間測(cè)距的觀測(cè)矩陣；(4)：利用軌道動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)；(5)：利用卡爾曼濾波算法分別進(jìn)行量測(cè)更新和狀態(tài)估計(jì)；(6)：判斷自主定軌是否結(jié)束，若未結(jié)束，則再次運(yùn)行步驟(2)～步驟(6)；反之，則結(jié)束退出自主定軌程序。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、可以解決導(dǎo)航星座僅利用星間測(cè)距進(jìn)行自主定軌時(shí)的秩虧問(wèn)題；2、長(zhǎng)期自主定軌精度較高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星自主定軌領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 自主定軌能力對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展將具有越來(lái)越重要的意義。擁有自主定軌能 力的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不需要通過(guò)全球布站來(lái)提供支持，同時(shí)可以減輕有限的地面站的負(fù)擔(dān)， 提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的安全性。
[0003] 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的自主定軌既可以利用單星自主定軌方法，通過(guò)系統(tǒng)中每顆衛(wèi)星獨(dú) 立的自主定軌實(shí)現(xiàn)整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的自主定軌。也可以利用衛(wèi)星之間的相對(duì)測(cè)量實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)的整網(wǎng)定軌。相對(duì)測(cè)量包括導(dǎo)航系統(tǒng)中衛(wèi)星間的相對(duì)角度、相對(duì)距離和相對(duì)速度等 信息。相對(duì)于衛(wèi)星與一個(gè)表面不規(guī)則的天體之間的測(cè)量，兩顆衛(wèi)星之間的相對(duì)測(cè)量精度要 高的多。因此利用導(dǎo)航衛(wèi)星間的相對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行自主定軌是一個(gè)可行的方式。早期研究 指出只需要利用星間測(cè)角信息就可以進(jìn)行自主定軌，僅用測(cè)角的自主定軌精度為幾百米。 但聯(lián)合使用星間測(cè)距和測(cè)角的自主定軌精度為米級(jí)。這說(shuō)明在利用星間測(cè)量信息進(jìn)行自主 定軌時(shí)，星間測(cè)距比測(cè)角的作用更大。然而僅利用星間測(cè)距對(duì)近地衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行自主 定軌存在秩虧問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方 法。該方法中的需要至少有一顆運(yùn)行在地月系拉格朗日軌道上的導(dǎo)航衛(wèi)星。
[0005] 技術(shù)方案：一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法，包括如下步驟：
[0006] (1):自主定軌開(kāi)始，系統(tǒng)初始化；
[0007] (2):獲取衛(wèi)星之間的星間測(cè)距；
[0008] (3):計(jì)算星間測(cè)距的觀測(cè)矩陣；
[0009] (4):利用軌道動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)；
[〇〇1〇] (5):利用卡爾曼濾波算法分別進(jìn)行量測(cè)更新和狀態(tài)估計(jì)；
[0011] (6):判斷自主定軌是否結(jié)束，若未結(jié)束，則再次運(yùn)行步驟（2)?步驟（6);反之，則 結(jié)束退出自主定軌程序。
[0012] 作為本發(fā)明中導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法的優(yōu)選方案：步驟（2)中所述測(cè)距包 括導(dǎo)航衛(wèi)星之間的測(cè)距和導(dǎo)航衛(wèi)星與拉格朗日衛(wèi)星之間的測(cè)距。
[0013] 作為本發(fā)明中導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法的優(yōu)選方案：若步驟（2)中的測(cè)距為 導(dǎo)航衛(wèi)星之間的測(cè)距矩陣，則按（1)式計(jì)算導(dǎo)航衛(wèi)星之間的觀測(cè)矩陣：
[0014]
【權(quán)利要求】
1. 一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法，包括如下步驟： (1) 、自主定軌開(kāi)始，系統(tǒng)初始化； (2) 、獲取衛(wèi)星之間的星間測(cè)距； (3) 、計(jì)算星間測(cè)距的觀測(cè)矩陣； (4) 、利用軌道動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)； (5) 、利用卡爾曼濾波算法分別進(jìn)行量測(cè)更新和狀態(tài)估計(jì)； (6) 、判斷自主定軌是否結(jié)束，若未結(jié)束，則再次運(yùn)行步驟（2)?步驟（6);反之，則結(jié)束 退出自主定軌程序。
2. 如權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定規(guī)的方法，其特征在于，步驟⑵中所述 測(cè)距包括導(dǎo)航衛(wèi)星之間的測(cè)距和導(dǎo)航衛(wèi)星與拉格朗日衛(wèi)星之間的測(cè)距。
3. 如權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法，其特征在于，若步驟（2)中的 測(cè)距為導(dǎo)航衛(wèi)星之間的測(cè)距，則按（1)式計(jì)算導(dǎo)航衛(wèi)星之間的觀測(cè)矩陣：
(1) P ij為星間測(cè)距，σ i，〇 j為兩顆導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道根數(shù)； ⑴式中
(2) 其中，
zEj]T分別為近地衛(wèi)星i和近地衛(wèi)星j在慣性系下的位置坐標(biāo)。
4. 如權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法，其特征在于，若步驟（2)中的 測(cè)距為導(dǎo)航衛(wèi)星與拉格朗日衛(wèi)星之間的測(cè)距，則按（4)式計(jì)算導(dǎo)航衛(wèi)星與拉格朗日衛(wèi)星之 間的觀測(cè)矩陣：
其中， ⑶且 (6) 3? %JT為拉格朗日軌道導(dǎo)航衛(wèi)星在地心慣性系下的位置向量。
5. 如權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法，其特征在于，步驟⑷中所述 利用軌道動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)包括以下步驟： (41) 將前一時(shí)刻的定軌結(jié)果作為軌道預(yù)報(bào)的初值； (42) 將初值帶入衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)模型，其中動(dòng)力學(xué)模型的考慮了了大氣阻力、太陽(yáng)光壓、 地球非球形引力、第三體引力、潮汐力的影響； (43) 利用RKF78數(shù)值積分方法得到軌道預(yù)報(bào)的結(jié)果。
6. 如權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座自主定軌的方法，其特征在于，步驟（5)中利用 卡爾曼濾波算法分別進(jìn)行量測(cè)更新和狀態(tài)估計(jì)，包括如下步驟： (51) 按（7)式和（8)式對(duì)被估狀態(tài)進(jìn)行一步預(yù)測(cè)
(7) (8) (52) 將步驟（1)的結(jié)果作為先驗(yàn)信息，按（9)式計(jì)算增益矩陣Kk+1
(9) (53) 利用&+1，按（10)式得到新的狀態(tài)估計(jì)值
(10) (54) 按（11)式計(jì)算新的協(xié)方差矩陣，為下一步濾波做準(zhǔn)備
(11)。
【文檔編號(hào)】G01C21/24GK104048664SQ201410310639
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】高有濤, 徐波 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)