专利名称：一种编队飞行卫星绝对和相对轨道确定方法
技术领域：
本发明涉及一种编队飞行卫星的轨道确定方法。
背景技术：
编队飞行是未来小卫星领域的重要发展方向，多颗卫星以一定的组织形式完成公里至百公里级的集群飞行，彼此之间通过信息交换来共同实现对地观测以及目标定位等任务。为了构成稳定有效的测量基线，各组成卫星需要基于相对状态来完成相对状态的控制，而相对状态的解算精度将是决定编队飞行任务成败的重要因素。现有编队飞行卫星的绝对轨道确定，往往需要借助地面测站以及以GPS和 GL0NASS为代表的全球导航卫星系统等第三方信号源实现，而相对轨道或相对位置确定，大多采用测距或测角雷达直接获取相对状态或采用GPS (或GL0NASQ进行差分解算。上述研究方法对测量设备要求较高或者需要借助第三方测量设备，或者要求相对测量设备提供测距和测角等功能；而对于仅依靠相对距离测量进行相对以及绝对轨道解算，尚无相关研
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种基于星间距离且不引入第三方测量信息的编队飞行卫星相对和绝对轨道确定方法。本发明的技术解决方案是一种编队飞行卫星绝对和相对轨道确定方法，步骤如下(1)获取待解算的两颗卫星在初始时刻、的瞬时轨道根数估计值，记为σ a(l和 ο M，a和b分别代表两颗卫星；(2)根据初始时刻的瞬时轨道根数估计值σ⑷和σ b0,分别计算两颗卫星在指定时刻、的瞬时轨道根数，记为oadPobi，i = l，2，3，...，n;(3)根据两颗卫星在指定时刻、的瞬时轨道根数σ ai和σ bi，分别计算惯性坐标系下两颗卫星的绝对位置的笛卡儿坐标分量[Xai yaiybi Zbi]τ；(4)根据两颗卫星在惯性坐标系下绝对位置的笛卡儿坐标分量，得到在各指定时刻两颗卫星的星间距离计算值，以及该星间距离计算值与测量真值的偏差δ Li ；(5)计算卫星a在初始时刻、的瞬时轨道根数对星间距离计算值的状态转移矩阵；(6)计算卫星b在初始时刻、的瞬时轨道根数对星间距离计算值的状态转移矩阵；(7)根据星间相对距离的计算值与测量真值的偏差δ Li,利用步骤(5)和步骤(6) 得到的两个状态转移矩阵计算卫星a和卫星b在初始时刻、瞬时轨道根数估计值的修正量 δ σ a0 禾口 δ σ b0 :
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(8)将σ aQ- δ ο a0和σ bQ- δ ο Μ分别作为卫星a和卫星b在初始时刻tQ瞬时轨道根数的新的估计值，重复步骤(1) (7)的计算过程进行迭代，直至两颗卫星的半长轴修正量δ aa0和δ ab0满足定位精度要求；(9)利用满足定位精度要求的卫星a和卫星b在初始时刻、瞬时轨道根数的迭代结果σ a(1和σ Μ，按照第( 步的计算方法得到两颗卫星在任意时刻的瞬时轨道根数σ 3和 ob，从而得到相对瞬时轨道根数Δ σ = ob-oa。本发明与现有技术相比的优点在于本发明方法针对星间存在相对距离测量设备的编队飞行任务，通过对星间距离的相对测量值进行解算，可以获得编队双星的绝对和相对轨道根数。由于解算过程仅需要相对距离的测量，且无需第三方测量信号源，因此星间距离的接收方无需地面测控站以及GPS等辅助设备支持，即可以单独确定此类编队飞行任务的绝对和相对轨道根数。方法简便、易于实现。
图1为本发明方法的流程框图；图2为本发明实施例的星间距离真值变化图。
具体实施例方式如图1所示，为本发明方法的流程框图，主要步骤如下(1)输入待解算的两颗卫星(卫星a和卫星b)在初始时刻(t = t0)的瞬时轨道根数的估计值，记为Oatl和oM。本发明方法中涉及到的轨道根数，均采用适用于近圆轨道的无奇点轨道根数，即半长轴a、偏心率矢量 和\、倾角i、升交点赤经Ω、平纬度幅角λ ；(2)根据初始时刻的瞬时轨道根数估计值σ a(l和σ b(l，分别计算指定时刻、的瞬
时轨道根数，记为Oai和obi, i = 1,2,3,
引力项的摄动微分方程进行数值求解
‘Ia
，η ；计算时根据考虑J2, J3、J4和J5等非球型
Iai , .、2α1 Λ.、
-η= (ex sinu-e cosu).——(1 + ex cosu + ev sinu)
^JMP^μρ
f 0、00000+J~04 — sin uI- μ/— COS UIVa3J
J—[-—(er cosM+ e sinm) V-" 2
2r
J-[(1 + -)COSM + ^]
PP
&(l + -)sinM + ^] PP
-ej]全 ^O1 sin M-^cos m)
rsmw 4μρ sin i r cos M
4mp
if ψ,
rcosw
I ρ ^yf sin u ρ tan/
exr sin μ ρ tan/'
smu
ρ tan/其中，μ为引力系数(=3. 986005X 1014m3/s2)，其中u为纬度幅角，ρ和r为分别为半通径和地心距，即u=A +2eTsin λ -2eTcos λ
权利要求
1. 一种编队飞行卫星绝对和相对轨道确定方法，其特征在于步骤如下(1)获取待解算的两颗卫星在初始时刻、的瞬时轨道根数估计值，记为Oatl和0M，a 和b分别代表两颗卫星；(2)根据初始时刻的瞬时轨道根数估计值σ⑷和σΜ，分别计算两颗卫星在指定时刻、 的瞬时轨道根数，记为Oai和obi，i = l，2，3，...，n;(3)根据两颗卫星在指定时刻、的瞬时轨道根数Oai和σΜ，分别计算惯性坐标系下两颗卫星的绝对位置的笛卡儿坐标分量[Xai yaiybi Zbi]τ；(4)根据两颗卫星在惯性坐标系下绝对位置的笛卡儿坐标分量，得到在各指定时刻两颗卫星的星间距离计算值，以及该星间距离计算值与测量真值的偏差δ Li ；(5)计算卫星a在初始时刻、的瞬时轨道根数对星间距离计算值的状态转移矩阵；(6)计算卫星b在初始时刻、的瞬时轨道根数对星间距离计算值的状态转移矩阵；(7)根据星间相对距离的计算值与测量真值的偏差δLi,利用步骤(5)和步骤(6)得到的两个状态转移矩阵计算卫星a和卫星b在初始时刻、瞬时轨道根数估计值的修正量 5 σ a0 禾口 5 σ b0 (8)将σaQ- δ σ a0和ο Μ_ δ σ Μ分别作为卫星a和卫星b在初始时刻tQ瞬时轨道根数的新的估计值，重复步骤(1) (7)的计算过程进行迭代，直至两颗卫星的半长轴修正量 δ aa0和δ ab0满足定位精度要求；(9)利用满足定位精度要求的卫星a和卫星b在初始时刻、瞬时轨道根数的迭代结果 Oatl禾Π ，按照第(2)步的计算方法得到两颗卫星在任意时刻的瞬时轨道根数％和ob， 从而得到相对瞬时轨道根数Δ σ = ob-oa。
全文摘要
一种编队飞行卫星绝对和相对轨道确定方法，针对星间存在相对距离测量设备的编队飞行任务，通过对星间距离的相对测量值进行解算，获得编队双星的绝对轨道根数和相对轨道根数。由于解算过程仅需要相对距离的测量值，且无需第三方测量信号源，因此星间距离的接收方无需地面测控站以及GPS等辅助设备支持，即可单独确定此类编队飞行任务的绝对和相对轨道根数。
文档编号G01C21/24GK102322862SQ20111018246
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者徐 明, 李延东, 蒙薇, 谭田, 陶成华 申请人:航天东方红卫星有限公司