专利名称：基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法
技术领域：
本发明属于卫星的自主定轨技术领域，适应近地卫星的实时自主定轨。
背景技术：
目前，国内外卫星的定轨大多是靠地面设备来完成的，先由测量系统，如光学测量系统、无线电测量系统，对卫星进行跟踪测量，然后由地面计算机进行计算并得到卫星的轨道信息，最后经上行遥控发射设备将轨道信息以及控制命令送至卫星，对卫星的轨道参数和运行状态进行修正，确保卫星轨道参数和运行状态都在误差允许范围内，从而使卫星正常工作。随着航天任务的不断发展，对卫星的运行提出了自主性的要求。卫星自主定轨也称卫星自主导航，是指卫星在不依赖地面站的条件下，仅仅依靠卫星上的测量设备去确定卫星的位置和速度，在轨完成飞行任务所要求的功能或操作，它是卫星实现自主控制的前提。实现自主定轨在减轻地面站的操作负担、降低航天计划的成本、提高卫星的生存能力和扩展卫星的应用潜力等方面具有重要的意义。然而，现有的卫星自主定轨方法在定轨时，需要经上行遥控发射设备将轨道信息以及控制命令送至卫星，然后再对卫星的轨道参数和运行状态进行修正，这种方式极易受到天气和时间的影响，会造成时实性差，影响定轨精度， 无法实现低轨卫星的高精度实时自主定轨。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够实现低轨卫星的高精度实时自主定轨且不需要地面测控站支持的基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述的基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法的具体过程为步骤A、设计人工地面标识点，以确定人工地面标识点的材质及其几何形状；步骤B、将人工地面标识点分散安置在合适的地面位置上，并确保合成孔径雷达一次能够看到由一个定位标识点和两个辅助标识点组成的三个人工地面标识；并测量这些人工地面标识点在地固坐标系中的位置；步骤C、对已经获取到的人工地面标识点的位置信息进行建库，并存储在星载计算机上；步骤D、利用合成孔径雷达进行卫星自主定轨，其具体过程为步骤D1、当星载合成孔径雷达遥感地面并识别了人工地面标识点后，从星载计算机上的地面标识点库中导出一个定位标识点和两个辅助标识点的信息；步骤D2、建立卫星到地面标识点的距离方程卫星到地面标识点的距离方程推导过程如下由SAR卫星与人工地面标识点的空间位置关系可以得到R1 = — Xit f + {ys — ylT )2 + {zs — Z!T )2(1)
其中，(xs, ys，zs)表示卫星在惯性坐标系下的位置，(xiT, yiT，ziT)表示第i个地面 标识点在惯性坐标系下的位置，Ri表示第i个地面标识点到卫星的距离；人工地面标识点在地固坐标系中的位置信息是已知的，所以需要将其转换到惯性 坐标系下，转换方程如下
权利要求
1.一种基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法，其特征在于所述方法的具体过程为步骤A、设计人工地面标识点，以确定人工地面标识点的材质及其几何形状； 步骤B、将人工地面标识点分散安置在合适的地面位置上，并确保合成孔径雷达一次能够看到由一个定位标识点(1)和两个辅助标识点( 组成的三个人工地面标识；并测量这些人工地面标识点在地固坐标系中的位置；步骤C、对已经获取到的人工地面标识点的位置信息进行建库，并存储在星载计算机上；步骤D、利用合成孔径雷达进行卫星自主定轨，其具体过程为步骤D1、当星载合成孔径雷达遥感地面并识别了人工地面标识点后，从星载计算机上的地面标识点库中导出一个定位标识点(1)和两个辅助标识点(2)的信息；步骤D2、建立卫星到地面标识点的距离方程卫星到地面标识点的距离方程推导过程如下由SAR卫星与人工地面标识点的空间位置关系可以得到
2.根据权利要求1所述的基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法，其特征在于在步骤A中，人工地面标识点的材质为金属材质。
3.根据权利要求1或2所述的基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法，其特征在于 在步骤B中，定位标识点(1)为编码形式的定位标识点，所述编码形式的定位标识点由一个中心圆点(1-1)和若干个均布在其外围圆周上的小圆点(1-2)组成；两个辅助标识点(2) 的形状为三角形或圆形。
4.根据权利要求3所述的基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法，其特征在于在步骤B中，人工地面标识点的设置方式为每相邻两个定位标识点之间布置有一对辅助标识点ο
5.根据权利要求4所述的基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法，其特征在于在步骤C中，对人工地面标识点的位置信息进行建库时，对定位标识点(1)进行二进制编码，所述二进制编码的方法为步骤Cl、中心圆点(1-1)用来确定标识的位置，中心圆点(1-1)外围的若干个均布的小圆点(1-2)用来对标识进行编码，设定中心圆点(1-1)外围外围圆周成为编码带；步骤C2、将所述编码带均分成η等份，每个等分点为一个编码位，使整个标识成为η位编码标识；然后从任意某个编码位开始，按特定的顺序沿编码带依次进行编码，当某个编码位上设置了小圆点(1-2)时，此编码位的编码值为1，否则为0，从而可以形成一个二进制序列；然后，从与上次不同的起始编码位开始，重复这个编码过程，最终一共可以得到η组二进制序列，将η组二进制序列进行比较，选取最小的二进制序列作为该定位标识点的二进制编码值；步骤C3、重复上述步骤C2，将所有的定位标识点(1)进行二进制编码，使每个定位标识点(1)与唯一一个二进制序列对应。
全文摘要
基于合成孔径雷达的卫星自主定轨方法，属于卫星的自主定轨技术领域，本发明的目的是实现低轨卫星的高精度实时自主定轨且不需要地面测控站支持。本方法的具体过程为设计人工地面标识点的形状、材质；设计地面标识点的排布方式，安置地面标识点，并测量其在地固坐标系中的位置；将地面标识点的信息存储在星载计算机中；当星载合成孔径雷达遥感地面并识别了地面标识后，从星上的地面标识库中导出地面标识点信息，并运用定轨方程得到卫星的位置和速度，完成卫星的实时自主定轨；该卫星自主定轨技术提供了一种新的卫星自主定轨方法，能够实现低轨卫星的高精度实时自主定轨。本发明方法适应近地卫星的实时自主定轨。
文档编号G01S13/90GK102323582SQ201110142860
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者张迎春, 李晓磊, 汪瑞良, 耿云海 申请人:哈尔滨工业大学