基于gnss精密定轨的圆轨道切向小推力在轨标定方法
【专利摘要】本发明提供一种基于GNSS精密定轨的圆轨道切向小推力在轨标定方法，标定后的切向推力F用于航天器轨道控制。利用GNSS测量得到的航天器位置信息，采用Unscented卡尔曼滤波方法，得到J2000坐标系下航天器位置和速度信息的估计值。根据位置和速度信息的估计值，计算出航天器的瞬时轨道半长轴。针对每一个测量时刻，将该时刻前一个轨道交点周期内的轨道瞬时半长轴求平均值，得到该时刻的平均轨道半长轴。将圆轨道切向推力作用前后的平均轨道半长轴作差，得到轨道半长轴变化量Δa，根据Δa计算得到圆轨道切向推力标定值。本发明计算过程完全利用GNSS获得的实时轨道数据，无需地面测控站数据支持，方法标定结果准确、可靠，算法简便，容易实现。
【专利说明】基于GNSS精密定轨的圆轨道切向小推力在轨标定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于GNSS (Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)精密定轨的圆轨道切向小推力在轨标定方法，属于航天器在轨标定【技术领域】。
【背景技术】
[0002]空间推进系统通过推力作用实现对航天器的轨道与姿态控制。电推进作为一种先进的空间推进技术，除了具有高比冲、高效率、长寿命等突出特点之外，还具备的一个显著特点是能够产生小推力以实现轨道、姿态的高精度控制。采用电推进技术的推力发动机已经成功应用于空间系统中，在地球同步轨道卫星位置保持、超静平台无拖曳控制、远深空探测等领域具有非常广泛的应用前景。
[0003]为提高电推进系统在航天器轨道控制应用中的控制精度，需要对电推进系统的推力大小、特别是小推力进行在轨标定。目前，电推进系统的推力标定主要有两种方法:一种方法是依靠地面测试，即通过地面试验获得推力大小和电推进系统工作时的电压、电流等信号的拟合曲线关系。电推进系统在轨工作时，根据工作电压、电流的遥测信号，与地面试验结果比较，间接获得电推进系统在轨产生的推力数值。由于地面环境和空间环境存在较大差异性，这种依靠地面试验数据对电推进系统在轨工作的实际推力、特别是小推力进行标定的方法无法保证标定结果的可靠性和精确性。另一种方法是通过地面站对航天器轨道进行测控，根据测控信息判断电推进推力作用前后航天器轨道参数的变化，由此计算推力大小。受地面站位置及数量的制约，地面测控无法实现高精度、全实时的轨道参数测量，因此，地面测控精度很难实现对小推力的在轨标定。上述两种方法都无法保证标定结果的精确性，具有较大的局限性
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种基于GNSS测量数据的圆轨道切向小推力在轨标定方法，该方法克服了摄动因素和测量误差对微小推力标定精度的影响，提闻了标定结果的可罪性和精确性。
[0005]本发明的技术解决方案是:
[0006]一种基于GNSS精密定轨的圆轨道切向小推力在轨标定方法，标定后的切向推力F用于航天器轨道控制，具体步骤如下:
[0007]步骤一、利用GNSS测量得到的测量时刻tk (k = O, I,...η)的WGS-84坐标系下航天器的位置信息，通过坐标转换得到tk时刻J2000坐标系下航天器的位置信息；
[0008]步骤二、以J2000坐标系下航天器的位置信息作为测量量，获得航天器的位置和速度信息的估计值；
[0009]步骤三、利用滤波处理后的航天器位置和速度信息估计值计算航天器tk时刻(k=0，1，...η)的瞬时轨道半长轴;
[0010]步骤四、针对每一个测量时刻tk (k = O, I,...η),将该时刻前一个轨道交点周期内的轨道瞬时半长轴求平均值，作为tk时刻的平均轨道半长轴^;
[0011]步骤五、将圆轨道切向推力结束、并经过一个轨道交点周期之后的时刻的平均轨道半长轴和圆轨道切向推力开始前一个时刻的平均轨道半长轴作差，得到圆轨道切向推力引起的轨道半长轴的变化量Aa ;
[0012]步骤六、根据轨道半长轴的变化量Aa，计算圆轨道切向推力的标定量
【权利要求】
1.基于GNSS精密定轨的圆轨道切向小推力在轨标定方法，标定后的切向推力F用于航天器轨道控制，其特征在于步骤如下: 步骤一、利用GNSS测量得到的测量时刻tk(k = O，1，…η)的WGS-84坐标系下航天器的位置信息，通过坐标转换得到tk时刻J2000坐标系下航天器的位置信息: 步骤二、以J2000坐标系下航天器的位置信息作为测量量，获得航天器的位置和速度信息的估计值； 步骤三、利用滤波处理后的航天器位置和速度信息估计值计算航天器tk时刻的瞬时轨道半长轴4.； 步骤四、针对每一个测量时刻，将该时刻前一个轨道交点周期内的轨道瞬时半长轴求平均值，作为tk时刻的平均轨道半长轴& ; 步骤五、将圆轨道切向推力结束、并经过一个轨道交点周期之后的时刻的平均轨道半长轴和圆轨道切向推力开始前一个时刻的平均轨道半长轴作差，得到圆轨道切向推力引起的轨道半长轴的变化量Aa; 步骤六、根据轨道半长轴的变化量Λ a，计算圆轨道切向推力的标定量
2.根据权利要求1所述基于GNSS精密定轨的圆轨道切向小推力在轨标定方法，其特征在于，所述步骤二获得航天器的位置和速度信息的估计值是采用unscented卡尔曼滤波方法实现，其中将h时刻的滤波估计值无申及其对应的估计方差矩阵Ptlltl作为Unscented卡尔曼滤波方法的初始化状态向量。
【文档编号】G01L5/00GK103940431SQ201410144177
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】刘勇, 宋政吉, 李林凌, 高冀, 赵烁 申请人:北京空间飞行器总体设计部