本發(fā)明涉及衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)導(dǎo)航
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：微小衛(wèi)星編隊(duì)衛(wèi)星間的相對(duì)導(dǎo)航是編隊(duì)協(xié)同工作的基礎(chǔ)，相對(duì)導(dǎo)航精度的高低決定了編隊(duì)能達(dá)到的應(yīng)用水平?；诓罘諫PS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)是目前衛(wèi)星編隊(duì)導(dǎo)航的主要手段，具有代表性的應(yīng)用包括：2002年發(fā)射的GRACE雙星編隊(duì)，地面事后處理的星間基線確定精度達(dá)到了mm級(jí)；2010年發(fā)射的PRISMA雙星編隊(duì)，GPS實(shí)時(shí)相對(duì)導(dǎo)航精度達(dá)到cm級(jí)，事后處理可以達(dá)到亞cm級(jí)；2014發(fā)射的加拿大CanX-4/CanX-5雙星編隊(duì)是由兩顆僅重6.85kg的納衛(wèi)星組成，GPS相對(duì)導(dǎo)航精度優(yōu)于10cm。然而單純基于差分GPS(CDGPS)的編隊(duì)導(dǎo)航技術(shù)存在一些突出的問(wèn)題：(1)連續(xù)導(dǎo)航能力受限，編隊(duì)衛(wèi)星由于共視GPS衛(wèi)星不足、編隊(duì)任務(wù)中實(shí)施機(jī)動(dòng)等原因造成無(wú)法獲取足夠多的GPS觀測(cè)量，而僅依靠軌道動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行推算，1分鐘后誤差就已比較明顯。(2)導(dǎo)航精度受限，地面事后處理已達(dá)到mm級(jí)的精度極限，而實(shí)時(shí)導(dǎo)航精度一般只能達(dá)到cm級(jí)。(3)導(dǎo)航實(shí)時(shí)性受限，編隊(duì)初始化或觀測(cè)數(shù)據(jù)中斷再恢復(fù)后的重新初始化過(guò)程往往需要幾十個(gè)歷元。在編隊(duì)中增加星間自主射頻(RF)測(cè)量傳感器獲取星間測(cè)距數(shù)據(jù)，從而形成組合相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)，是克服單純基于差分GPS導(dǎo)航系統(tǒng)缺陷的有效途徑。由于星間測(cè)量在編隊(duì)內(nèi)完成，信號(hào)連續(xù)性容易保證，將此傳感器測(cè)量與GPS測(cè)量相結(jié)合，可明顯提升連續(xù)導(dǎo)航能力和系統(tǒng)魯棒性。同時(shí)，由于一般編隊(duì)的星間距離相對(duì)較短(一般為數(shù)米到數(shù)百公里)，星間測(cè)量可以獲得比GPS信號(hào)好得多的信噪比條件，測(cè)量精度提升空間很大，兩種測(cè)量的組合可突破純GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的精度極限，而且由于單點(diǎn)測(cè)量的精度就可以達(dá)到較高水平，導(dǎo)航實(shí)時(shí)性可得到有效提高。而在RF傳感器的應(yīng)用方面，GRACE/GRAIL衛(wèi)星編隊(duì)的KBR(KBandRanging)系統(tǒng)可以達(dá)到μm級(jí)的星間自主測(cè)量精度，代表了目前無(wú)線電測(cè)量技術(shù)的最高水平。但KBR系統(tǒng)存在一些難以改進(jìn)的問(wèn)題，其本質(zhì)上只是一種距離變化的測(cè)量方法，無(wú)法實(shí)時(shí)給出編隊(duì)衛(wèi)星間的相對(duì)距離數(shù)據(jù)，因此無(wú)法將KBR數(shù)據(jù)應(yīng)用于輔助CDGPS相對(duì)導(dǎo)航，同時(shí)其系統(tǒng)復(fù)雜，難以應(yīng)用在微小衛(wèi)星上。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：基于上述，本發(fā)明提供了一種基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法，相對(duì)于僅僅應(yīng)用差分GPS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)，該相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法在導(dǎo)航精度、實(shí)時(shí)性、連續(xù)性上具有顯著性的提高。一種基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括GPS接收機(jī)模塊、星間測(cè)距模塊以及相對(duì)導(dǎo)航模塊；星間測(cè)距模塊兼具星間通信和測(cè)距功能，由主星RF傳感器和從星RF傳感器組成，接收和發(fā)送測(cè)距信號(hào)；GPS接收機(jī)模塊由主星GPS接收機(jī)和從星GPS接收機(jī)組成，主星GPS接收機(jī)和從星GPS接收機(jī)工作于L1和L2頻點(diǎn)，接收GPS導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)；主星GPS接收機(jī)獲取的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)通過(guò)星內(nèi)接口傳送給實(shí)時(shí)定軌模塊和組合導(dǎo)航模塊。從星GPS接收機(jī)獲取的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)通過(guò)星間測(cè)距模塊傳送給主星相對(duì)導(dǎo)航模塊。相對(duì)導(dǎo)航模塊由實(shí)時(shí)定軌模塊、星間測(cè)距解算模塊以及組合導(dǎo)航模塊組成，所述的實(shí)時(shí)定軌模塊，用于接收主星GPS接收機(jī)傳送的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)，并使用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法實(shí)時(shí)解算出主星位置、速度數(shù)據(jù)并提供給組合導(dǎo)航模塊；所述的星間測(cè)距解算模塊，使用星間測(cè)距模塊獲取的星間測(cè)距偽碼和載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)卡爾曼濾波方法解算出星間相對(duì)距離數(shù)據(jù)，并傳送給組合導(dǎo)航模塊；所述的組合導(dǎo)航模塊，根據(jù)實(shí)時(shí)定軌模塊、星間測(cè)距解算模塊分別提供的主星位置、速度數(shù)據(jù)和星間相對(duì)距離數(shù)據(jù)，通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波方法實(shí)時(shí)解算出星間相對(duì)距離、速度數(shù)據(jù)。所述的RF傳感器包括發(fā)射天線、接收天線、數(shù)據(jù)處理模塊以及相應(yīng)的信號(hào)輸入、輸出接口。RF傳感器采用復(fù)合偽碼結(jié)合雙頻雙程轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距體制，以獲取星間測(cè)距偽碼和載波相位觀測(cè)量。所述星間測(cè)距模塊具有星間通信功能以傳送從星GPS接收數(shù)據(jù)。所述相對(duì)導(dǎo)航模塊包括實(shí)時(shí)定軌模塊、星間測(cè)距解算模塊、組合導(dǎo)航模塊。所述的實(shí)時(shí)定軌模塊，用于接收主星GPS接收機(jī)傳送的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)，并使用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法實(shí)時(shí)解算出主星位置、速度數(shù)據(jù)并提供給組合導(dǎo)航模塊。所述的星間測(cè)距解算模塊，使用星間測(cè)距模塊獲取的星間測(cè)距偽碼和載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)卡爾曼濾波方法解算出星間相對(duì)距離數(shù)據(jù)，并傳送給組合導(dǎo)航模塊。所述的組合導(dǎo)航模塊，根據(jù)實(shí)時(shí)定軌模塊、星間測(cè)距解算模塊分別提供的主星位置、速度數(shù)據(jù)和星間相對(duì)距離數(shù)據(jù)，通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波方法實(shí)時(shí)解算出星間相對(duì)距離、速度數(shù)據(jù)。一種基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的相對(duì)導(dǎo)航方法，包括如下步驟：步驟1，星間測(cè)距模塊中主星RF傳感器向從星RF傳感器發(fā)射星間測(cè)距信號(hào)，從星RF傳感器按固定轉(zhuǎn)發(fā)比轉(zhuǎn)發(fā)接收到的測(cè)距信號(hào)，主星RF傳感器接收從星RF傳感器轉(zhuǎn)發(fā)的測(cè)距信號(hào)，并提取星間測(cè)距偽碼和載波相位觀測(cè)量；步驟2，GPS接收機(jī)模塊中從星GPS接收機(jī)接收GPS信號(hào)獲取GPS偽距和載波相位觀測(cè)量，并通過(guò)星間測(cè)距環(huán)路發(fā)送給主星，主星GPS接收機(jī)接收GPS信號(hào)獲取GPS偽距、載波相位觀測(cè)量以及GPS導(dǎo)航電文；步驟3，主星根據(jù)步驟1中得到的星間測(cè)距偽距和載波相位觀測(cè)量，通過(guò)星間測(cè)距解算模塊以卡爾曼濾波方法解算出編隊(duì)衛(wèi)星相對(duì)距離數(shù)據(jù)，并傳送至組合導(dǎo)航模塊；步驟4，主星根據(jù)步驟2中主星GPS接收機(jī)得到的GPS偽距、載波相位觀測(cè)量以及GPS導(dǎo)航電文，通過(guò)實(shí)時(shí)定軌模塊以擴(kuò)展卡爾曼濾波方法解算出主星絕對(duì)位置和主星速度數(shù)據(jù)，并傳送至組合導(dǎo)航模塊；步驟5，主星根據(jù)編隊(duì)衛(wèi)星相對(duì)距離數(shù)據(jù)、GPS偽距、載波相位觀測(cè)量以及GPS導(dǎo)航電文、主星絕對(duì)位置以及主星速度數(shù)據(jù)，通過(guò)組合導(dǎo)航模塊以擴(kuò)展卡爾曼濾波方法解算得編隊(duì)衛(wèi)星間相對(duì)位置和編隊(duì)衛(wèi)星速度數(shù)據(jù)。在步驟1中，所述的測(cè)距信號(hào)由復(fù)合偽碼調(diào)相S/C波段雙頻載波組成，而復(fù)合偽碼由多個(gè)子測(cè)距碼組合而成；從星端對(duì)復(fù)合偽碼的處理方式采用再生偽碼和轉(zhuǎn)發(fā)偽碼兩種，高信噪比時(shí)采用轉(zhuǎn)發(fā)偽碼方式，低信噪比時(shí)采用再生偽碼方式。在步驟2中，主星和從星采用相同的雙頻GPS接收機(jī)。本發(fā)明還提供了一種針對(duì)基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航的系統(tǒng)和方法性能進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)的方法：進(jìn)行對(duì)比分析和評(píng)價(jià)該相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)與方法性能的數(shù)據(jù)來(lái)源分為兩種，一種是GRACE衛(wèi)星編隊(duì)GPS和星間測(cè)距在軌數(shù)據(jù)，另一種是GPS模擬器仿真數(shù)據(jù)。(1)利用GRACE衛(wèi)星編隊(duì)GPS和星間測(cè)距在軌數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析該相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法的性能根據(jù)步驟1～4進(jìn)行仿真驗(yàn)證，GPS數(shù)據(jù)使用GRACE衛(wèi)星編隊(duì)的在軌GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)和廣播星歷數(shù)據(jù)，星間測(cè)距數(shù)據(jù)由在軌KBR數(shù)據(jù)加噪聲得到，KBR數(shù)據(jù)所加噪聲為高斯白噪聲，用于模擬星間測(cè)距數(shù)據(jù)的誤差，由于KBR數(shù)據(jù)中存在著一個(gè)固定的模糊度(載波相位未發(fā)生周跳)，采用下述公式求解出KBR數(shù)據(jù)中固定模糊度BKBR，BKBR=1nΣi=1n[LKBR(ti)-ρAB(ti)-Δant(ti)-Δcτ(ti)]]]>其中ρAB(ti)為星間距離，由主從星精密軌道數(shù)據(jù)做差求得，LKBR(ti)為KBR觀測(cè)量，Δant(ti)為天線相位中心修正量,Δcτ(ti)為光時(shí)間修正量；在固定模糊度解算后，將KBR數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，用于驗(yàn)證組合相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)精度。(2)利用GPS模擬器仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析該相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法的性能GPS模擬器采用思博倫GNSS信號(hào)模擬器GSS9000，通過(guò)分時(shí)工作的方式產(chǎn)生兩顆衛(wèi)星的GPS廣播數(shù)據(jù)和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)。兩顆衛(wèi)星運(yùn)行于約530km高度近圓軌道，通過(guò)控制兩顆衛(wèi)星間真近點(diǎn)角之差來(lái)獲得不同星間距離的仿真場(chǎng)景。而通過(guò)兩顆衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)做差即可得到真實(shí)星間距離數(shù)據(jù)，用于組合相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)精度驗(yàn)證。根據(jù)步驟1～步驟2進(jìn)行仿真驗(yàn)證，GPS數(shù)據(jù)使用GPS模擬器采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)和廣播星歷數(shù)據(jù)，星間測(cè)距數(shù)據(jù)由真實(shí)星間距離數(shù)據(jù)加噪聲得到，所加噪聲為高斯白噪聲，用于模擬星間測(cè)距數(shù)據(jù)的誤差。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)星間測(cè)距采用復(fù)合偽碼結(jié)合雙頻雙程轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距體制，能夠獲得高精度星間距離數(shù)據(jù)；采用S/C雙頻載波可有效消除電離層的影響，提高載波測(cè)距精度；對(duì)于接收到的主星發(fā)送的復(fù)合偽碼，從星采用再生偽碼和轉(zhuǎn)發(fā)偽碼兩種處理方式，可有效工作于短基線和長(zhǎng)基線模式。(2)采用星間測(cè)距輔助CDGPS的組合相對(duì)導(dǎo)航方法，相對(duì)單純基于CDGPS的相對(duì)導(dǎo)航方法，該相對(duì)導(dǎo)航方法在導(dǎo)航精度、系統(tǒng)連續(xù)性、實(shí)時(shí)性性能上有顯著提升，也可加快整周模糊度的求解，并提高整周模糊度的求解成功率。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。一種基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)由以下三個(gè)模塊組成:(1)GPS接收機(jī)模塊所述GPS接收機(jī)模塊由安裝于主星A的GPS接收機(jī)1和安裝于從星B的GPS接收機(jī)2組成；GPS接收機(jī)1獲取的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)通過(guò)星內(nèi)接口傳送給實(shí)時(shí)定軌模塊和組合導(dǎo)航模塊；GPS接收機(jī)2獲取的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)通過(guò)星內(nèi)接口傳送給RF傳感器2，并通過(guò)星B間測(cè)距模塊由星間鏈路傳送給主星A。(2)星間測(cè)距模塊所述星間測(cè)距模塊由安裝于主星和從星的兩個(gè)RF傳感器1和RF傳感器2組成，RF傳感器包括發(fā)射天線、接收天線、數(shù)據(jù)處理模塊以及相應(yīng)的信號(hào)輸入、輸出接口。(3)相對(duì)導(dǎo)航模塊所述相對(duì)導(dǎo)航模塊由實(shí)時(shí)定軌模塊、星間測(cè)距解算模塊、組合導(dǎo)航模塊組成。實(shí)時(shí)定軌模塊，用于接收GPS接收機(jī)1傳送的GPS觀測(cè)、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)，并使用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法實(shí)時(shí)解算出主星位置rA、速度vA數(shù)據(jù)并提供給組合導(dǎo)航模塊。星間測(cè)距解算模塊，使用星間測(cè)距模塊獲取的星間測(cè)距偽碼和載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)卡爾曼濾波方法解算出星間相對(duì)距離數(shù)據(jù)rAB，并傳送給組合導(dǎo)航模塊。組合導(dǎo)航模塊，根據(jù)實(shí)時(shí)定軌模塊、星間測(cè)距解算模塊分別提供的主星位置rA、速度vA數(shù)據(jù)和星間相對(duì)距離數(shù)據(jù)rAB，通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波方法實(shí)時(shí)解算出星間相對(duì)距離、速度數(shù)據(jù)。結(jié)合附圖1，一種基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航方法具體包括如下步驟：步驟1，星間測(cè)距模塊中RF傳感器1向從星B發(fā)射星間測(cè)距信號(hào)，從星B的RF傳感器2接收到主星A測(cè)距信號(hào)后，按固定轉(zhuǎn)發(fā)比轉(zhuǎn)發(fā)接收到的測(cè)距信號(hào)，主星A從接收到的從星B轉(zhuǎn)發(fā)的測(cè)距信號(hào)中提取偽碼和載波相位觀測(cè)量。步驟2，GPS接收機(jī)模塊中，GPS接收機(jī)2接收GPS導(dǎo)航星信號(hào)獲取GPS偽距、載波相位觀測(cè)量，并通過(guò)星間測(cè)距環(huán)路發(fā)送給主星A；GPS接收機(jī)1接收GPS信號(hào)獲取GPS偽距、載波觀測(cè)量以及GPS導(dǎo)航電文并通過(guò)星內(nèi)接口傳送給實(shí)時(shí)定軌模塊和組合導(dǎo)航模塊。步驟3，主星A根據(jù)步驟2中GPS接收機(jī)1接收的偽距、載波相位觀測(cè)量和GPS導(dǎo)航電文通過(guò)實(shí)時(shí)定軌模塊以擴(kuò)展卡爾曼濾波方法解算出主星當(dāng)前時(shí)刻絕對(duì)位置rA、速度vA數(shù)據(jù)，并傳送給組合導(dǎo)航模塊；主星A根據(jù)步驟1中星間測(cè)距偽距和載波相位觀測(cè)量通過(guò)星間測(cè)距解算模塊以卡爾曼濾波方法解算出編隊(duì)衛(wèi)星相對(duì)距離數(shù)據(jù)rAB，并傳送給組合導(dǎo)航模塊。步驟4，主星根據(jù)3中解算出的主星絕對(duì)位置rA、速度vA數(shù)據(jù)，星間測(cè)距解算模塊解算出的編隊(duì)衛(wèi)星相對(duì)距離數(shù)據(jù)rAB，及步驟2中獲得的主從星GPS偽距、載波相位觀測(cè)量和導(dǎo)航電文，通過(guò)組合導(dǎo)航模塊以擴(kuò)展卡爾曼濾波方法解算得編隊(duì)衛(wèi)星間相對(duì)位置、速度數(shù)據(jù)。在步驟4中，所述的擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，如下述公式，其測(cè)量更新的觀測(cè)量Zi由GPS雙差(DD)觀測(cè)量Zi,GPS和星間測(cè)距觀測(cè)量Zi,ISRS組成,即：Zi=Zi,GPSZi,ISRS=P1AB12P1AB13...P1AB1mP2AB12P2AB13...P2AB1mφ1AB12φ1AB13...φ1AB1mφ2AB12φ2AB13...φ2AB1mZi,ISRS]]>其中，為A、B星L1頻點(diǎn)下雙差偽碼觀測(cè)量，為A、B星L2頻點(diǎn)下雙差偽碼觀測(cè)量，為A、B星L1頻點(diǎn)下雙差載波相位觀測(cè)量，為A、B星L2頻點(diǎn)下雙差載波相位觀測(cè)量。與觀測(cè)量Zi相對(duì)應(yīng)的測(cè)量更新中雅克比矩陣H為：Hi=∂h∂rAB∂h∂vAB∂h∂IAB∂h∂BAB=-DS,DE0-1λ1·10-DS,DE0-f12f22·10λ2·1-DS,DE0100-DS,DE0f12f22·100E0000]]>其中，為慣性系下主星指向從星的視線單位矢量，DS,D為單差觀測(cè)量和雙差觀測(cè)量間的轉(zhuǎn)換矩陣。本發(fā)明基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法使用兩種數(shù)據(jù)來(lái)源針對(duì)系統(tǒng)精度、實(shí)時(shí)性、連續(xù)性方面的性能分別進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。a、利用GRACE衛(wèi)星編隊(duì)在軌數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，具體步驟如下：步驟a-1，數(shù)據(jù)處理，獲取GRACE衛(wèi)星編隊(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)、廣播星歷數(shù)據(jù)、KBR數(shù)據(jù)。由于KBR數(shù)據(jù)中存在著一個(gè)固定的模糊度(載波相位未發(fā)生周跳時(shí))，采用下述公式求解出KBR數(shù)據(jù)中固定模糊度，BKBR=1nΣi=1n[LKBR(ti)-ρAB(ti)-Δant(ti)-Δcτ(ti)]]]>其中ρAB(ti)為星間距離，由主從星精密軌道數(shù)據(jù)做差求得，LKBR(ti)為KBR觀測(cè)量，Δant(ti)為天線相位中心修正量,Δcτ(ti)為光時(shí)間修正量。模糊度求解后，在KBR數(shù)據(jù)添加高斯白噪聲構(gòu)成星間測(cè)距數(shù)據(jù)以模擬星間測(cè)距數(shù)據(jù)的誤差，同時(shí)將KBR數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，用于驗(yàn)證組合相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)精度。步驟a-2，仿真解算，根據(jù)基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航方法的步驟進(jìn)行仿真，GPS數(shù)據(jù)、星間測(cè)距數(shù)據(jù)使用步驟a-1獲取的GPS數(shù)據(jù)和處理后的星間測(cè)距數(shù)據(jù)。步驟a-3，精度性能結(jié)果分析，將步驟a-2解算出的星間距離數(shù)據(jù)和步驟a-1獲取的解模糊后的KBR數(shù)據(jù)作差，求出星間距離誤差，并通過(guò)下式求出系統(tǒng)均方差精度。最后，將獲得的均方差精度數(shù)據(jù)與單純基于差分GPS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)均方差精度數(shù)據(jù)做對(duì)比。σ=Σi=1n(ri-ri,KBR)2n]]>步驟a-4，再次運(yùn)行步驟a-1與步驟a-2，其中步驟a-1和(2)中使用的GPS數(shù)據(jù)刪除了一段時(shí)間(例如1個(gè)小時(shí))內(nèi)數(shù)據(jù)，模擬GPS信號(hào)在該時(shí)間段內(nèi)中斷的場(chǎng)景。步驟a-5，連續(xù)性性能結(jié)果分析，將步驟a-4解算出的星間距離數(shù)據(jù)和步驟a-1獲取的解模糊后的KBR數(shù)據(jù)作差，求出星間距離誤差，并通過(guò)步驟a-3中公式求出系統(tǒng)均方差精度。最后將獲得的中斷區(qū)間相對(duì)距離誤差和均方差精度數(shù)據(jù)與單純基于差分GPS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)在GPS信號(hào)中斷時(shí)的相對(duì)距離誤差和均方差精度數(shù)據(jù)做對(duì)比。步驟a-6，再次運(yùn)行步驟a-1與步驟a-2，其中步驟a-1和(2)中只有前5個(gè)歷元的星間測(cè)距數(shù)據(jù)參與了解算，模擬星間測(cè)距數(shù)據(jù)輔助GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)初始化的場(chǎng)景。步驟a-7，實(shí)時(shí)性性能結(jié)果分析，將步驟a-6解算出的星間距離數(shù)據(jù)和步驟a-1獲取的解模糊后的KBR數(shù)據(jù)作差，求出星間距離誤差，并確定系統(tǒng)初始化的收斂時(shí)間，其中收斂時(shí)間為星間距離誤差收斂到3σ區(qū)間內(nèi)(σ為步驟a-3獲取的系統(tǒng)均方差精度)的時(shí)間。最后將確定的系統(tǒng)初始化收斂時(shí)間與單純基于差分GPS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)初始化收斂時(shí)間做對(duì)比。b、利用GPS模擬器仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),具體步驟如下：步驟b-1，數(shù)據(jù)處理，GPS模擬器通過(guò)分時(shí)工作的方式產(chǎn)生兩顆衛(wèi)星的GPS廣播數(shù)據(jù)和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)。兩顆衛(wèi)星運(yùn)行于約530km高度近圓軌道，通過(guò)控制兩顆衛(wèi)星間真近點(diǎn)角之差來(lái)獲得不同星間距離的仿真場(chǎng)景。而通過(guò)兩顆衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)作差即可得到真實(shí)星間距離數(shù)據(jù)，用于組合相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)精度驗(yàn)證。真實(shí)星間距離添加高斯白噪聲構(gòu)成仿真用星間測(cè)距數(shù)據(jù)。步驟b-2，仿真解算，根據(jù)基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航方法的步驟進(jìn)行仿真，GPS數(shù)據(jù)、星間測(cè)距數(shù)據(jù)使用步驟b-1獲取的GPS數(shù)據(jù)和處理后的星間測(cè)距數(shù)據(jù)。步驟b-3，精度性能結(jié)果分析，將步驟b-2解算出的星間距離數(shù)據(jù)和步驟b-1獲取的真實(shí)星間測(cè)距數(shù)據(jù)作差，求出星間距離誤差，并通過(guò)下式求出系統(tǒng)均方差精度。最后，將獲得的均方差精度數(shù)據(jù)與單純基于差分GPS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)均方差精度數(shù)據(jù)做對(duì)比。σ=Σi=1n(ri-ri,simulator)2n]]>步驟b-4，再次運(yùn)行步驟b-1與b-2，其中步驟b-1和b-2中使用的GPS數(shù)據(jù)刪除了一段時(shí)間(例如1個(gè)小時(shí))內(nèi)數(shù)據(jù)，模擬GPS信號(hào)在該時(shí)間段內(nèi)中斷的場(chǎng)景。步驟b-5，連續(xù)性性能結(jié)果分析，將步驟b-4,解算出的星間距離數(shù)據(jù)和步驟b-1獲取的真實(shí)星間測(cè)距數(shù)據(jù)作差，求出星間距離誤差，并通過(guò)步驟b-3中公式求出系統(tǒng)均方差精度。最后將獲得的中斷區(qū)間相對(duì)距離誤差和均方差精度數(shù)據(jù)與單純基于差分GPS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)在GPS信號(hào)中斷時(shí)的相對(duì)距離誤差和均方差精度數(shù)據(jù)做對(duì)比。步驟b-6，再次運(yùn)行步驟b-1與b-2，其中步驟b-1和b-2中只有前5個(gè)歷元的星間測(cè)距數(shù)據(jù)參與了解算，模擬星間測(cè)距數(shù)據(jù)輔助GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)初始化的場(chǎng)景。步驟b-7，實(shí)時(shí)性性能結(jié)果分析，將步驟b-6解算出的星間距離數(shù)據(jù)和步驟b-1獲取的真實(shí)星間測(cè)距數(shù)據(jù)作差，求出星間距離誤差，并確定系統(tǒng)初始化的收斂時(shí)間，其中收斂時(shí)間為星間距離誤差收斂到3σ區(qū)間內(nèi)(σ為步驟b-3獲取的系統(tǒng)均方差精度)的時(shí)間。最后將確定的系統(tǒng)初始化收斂時(shí)間與單純基于差分GPS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)初始化收斂時(shí)間做對(duì)比。本發(fā)明一種基于星間測(cè)距增強(qiáng)的衛(wèi)星編隊(duì)GPS相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法，適用于星間距離在0～30Km的星間編隊(duì)，相對(duì)于單純基于差分GPS的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)時(shí)相對(duì)導(dǎo)航精度優(yōu)于1mm；系統(tǒng)在GPS信號(hào)中斷時(shí)仍可連續(xù)輸出滿足要求的相對(duì)位置、速度數(shù)據(jù)；系統(tǒng)初始化時(shí)間由GPS差分相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的幾十個(gè)歷元降低到單點(diǎn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3