飞行器相对测量方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星应用领域，涉及一种飞行器间相对测量方法，特别涉及一种编队 飞行器间对的相对测量方法，
【背景技术】
[0002] 近年来，随着微电子、微机械技术的突飞猛进及其在卫星上的普遍应用，卫星出现 了小型化、低成本的趋势。对地观测领域上，目前越来越多的型号任务选择通过多颗微小卫 星相互协同工作形成星座，完成对地观测任务。例如，美欧合作的重力双星系统GRACE A/B 相距220km，通过对星上GPS和KBR观测数据的事后处理，实现重力场高阶高精度反演；美 德合作的Terra-SAR、TanDEM双星，在相距3km的基线上对地SAR成像，实现高精度的数字 高程模型（ DEM)反演。而这些编队飞行卫星最终产品质量与卫星间的基线确定精度和系统 时间同步精度直接相关。
[0003] 在低轨卫星精密定轨领域，通过在传统纯几何定轨方式引入单星动力学模型，能 够大大提高定轨精度。在双星相对定位中，目前很少采用动力学模型，其中最为主要的原因 是由于双星运动复杂，双星相对轨道动力学模型无法精确建立。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，为克服上述至少一个缺点，并提供下述至少一种优点。本发明公开了一 种飞行器相对测量方法及系统，采用本发明可以实现飞行器间相对状态的测量。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明一方面公开了一种飞行器相对测量方法，包括以下步骤：
[0007] 获取两个飞行器的GNSS观测数据；
[0008] 根据所述GNSS观测数据，确定飞行器编队飞行的各自轨道动力学模型，以及构建 飞行器的单差观测方程；
[0009] 根据两个飞行器各自的轨道动力学模型确定两个飞行器间的相对轨道动力学模 型；
[0010] 对所述相对轨道动力学模型、相对状态和单差观测方程进行滤波估计，并确定飞 行器间的相对状态。
[0011] 进一步的，还包括对所述两个飞行器的GNSS观测数据进行预处理的步骤；所述预 处理包括：
[0012] 根据两个飞行器间的时钟差，将所述两个飞行器的GNSS观测数据同步到同一观 测时刻。
[0013] 进一步的，还包括：根据所述两个飞行器的GNSS观测数据构建飞行器的单差观测 方程。
[0014] 进一步的，所述滤波估计同时对所述相对轨道动力学模型和所述单差观测方程进 行处理。
[0015] 进一步的，所述相对轨道动力学模型通过所述两个飞行器各自的轨道动力学模型 做差获得。
[0016] 进一步的，所述相对状态包括：两个飞行器间的相对位置、相对速度和相对加速 度。
[0017] 本发明另一方面公开了一种飞行器相对测量系统，包括：
[0018] 数据获取模块，用于获取两个飞行器各自的GNSS观测数据；
[0019] 模型确定模块，用于根据所述GNSS观测数据，构建飞行器的单差观测方程并确定 飞行器编队飞行的各自轨道动力学模型；根据所述轨道动力学模型确定两个飞行器间的相 对轨道动力学模型；
[0020] 滤波输出模块，用于对所述相对轨道动力学模型、相对状态和单差观测方程进行 滤波估计获取飞行器间的相对状态。
[0021] 进一步的，所述数据获取模块还用于对获取的所述GNSS观测数据进行预处理，所 述预处理包括根据两个飞行器间的时钟差，将所述两个飞行器的GNSS观测数据同步到同 一观测时刻。
[0022] 进一步的，所述模块确定模块，对所述轨道动力学模型做差获取所述相对轨道动 力学模型。
[0023] 进一步的，所述滤波输出模块对所述相对轨道动力学模型和单差观测方程同时进 行滤波，所述单差观测方程通过根据所述两个飞行器的GNSS观测数据构建。
[0024] 通过采用上述技术方案，本发明的所达到的有益效果为：
[0025] 本发明采用的是在单星高精度轨道动力学模型的基础上，通过获取飞行器间的相 对轨道动力学模型，在单差观测方程基础上，对相对坐标、相对钟差、单差模糊度（单差观 测方程）和相对轨道动力学系统等状态通过滤波技术进行统一估计。相对于传统纯几何星 间相对测量技术，本发明能够提高模糊度固定成功率和相对测量精度。
[0026] 同时本发明可以很好的满足对地观测编队卫星型号任务的需求，获得高精度相对 位置矢量和时间基准等信息，具有重要的应用价值和广阔的推广应用前景。
[0027] 本发明操作简单，通过在运动学基础上增加相对轨道模型，提高观测弧段的参数 估计精度，利用该发明可以很好的满足高精度星间状态测量需求，可应用于编队飞行器对 地探测领域，具有重要的应用价值和广阔的推广应用前景。
【附图说明】
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所 需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施 例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0029] 图1为本发明实施例飞行器相对测量方法流程图；
[0030] 图2为本发明实施例编队飞行器时间更新和测量更新过程示意图；
[0031] 图3为本发明实施例滤波估计流程图；
[0032] 图4为本发明实施例飞行器相对测量系统示意图。
【具体实施方式】
[0033] 为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面 将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅是 本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在 没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0035] 图1为本发明实施例飞行器相对测量方法流程图。
[0036] 图2为本发明实施例编队飞行器时间更新和测量更新过程示意图。
[0037] 图3为本发明实施例滤波估计流程图。
[0038] 参考图1，在步骤S101，分别获得两个飞行器的GNSS观测数据。GNSS观测数据是 通过飞行器上的GNSS模块通过对获取的GNSS信号进行解析获取从而获取GNSS观测数据。 该GNSS观测数据可以为GPS数据、北斗数据、GLONASS数据或其他卫星导航系统的数据。
[0039] 在步骤S102中，根据在步骤S101中获取的GNSS观测数据，确定飞行器编队飞行 的各自轨道动力学模型。本领域技术人员可以知道，可以对飞行器在轨飞行时的轨道动力 学模型进行建模，从而获得各飞行器各自的轨道动力学模型以及构建飞行器的单差观测方 程。
[0040] 在步骤S103中，利用飞行器各自的轨道动力学模型构建飞行器编队飞行时的相 对轨道动力学模型。
[0041] 在步骤S104中，对相对轨道动力学模型、相对状态和单差观测方程进行滤波估计 获取飞行器间的相对状态。
[0042] 通过上述各步骤，可实现对编队飞行的飞行器的相对状态的测量。该相对状态可 以为飞行器编队飞行时的相对位置、相对速度、相对加速度等。
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