专利名称：一种日地月导航的月心方向修正方法
一种日地月导航的月心方向修正方法技术领域
本发明属于航天器自主导航领域，涉及一种日地月导航的月心方向修正方法。
技术背景
导航信息对于卫星执行飞行任务具有重要的意义。到目前为止，国内外的卫星导航主要依靠地面设备完成，这种导航方式存在着运营昂贵、自主生存能力差等许多缺点。正是由于认识到以地面测控为主的传统模式在运行和管理中存在的缺陷，对卫星自主导航技术的研究引起了国内外学者的广泛关注。美国、俄罗斯、欧空局等从上个世纪六十年代就开始对卫星自主导航技术的进行研究，先后提出了多个以应用卫星为主要背景的自主导航系统方案，并研制了相应的星载测量仪器，包括地平扫描仪、空间六分仪等等。我国也一直在进行航天器自主导航技术的研究和探索，但起步较晚，大多数的研究还只停留在方法论证阶段。
出于质量、成本、功耗以及批量生产等考虑，小型化、一体化、低成本已成为未来自主导航敏感器的发展趋势。美国Microcosm公司研制的MANS自主导航系统，利用专用的一体化敏感器根据日、地、月的在轨测量数据实时确定航天器的轨道和三轴姿态，是完全意义上的自主导航系统。由于太阳、地球、月球是自然天体，其运动规律清楚且容易识别，导航资源不受限制。因此，研究该自主导航技术具有重要的工程应用价值。早在1994年3月美国空军发射的“空间试验平台-D”航天器就搭载该系统进行了在轨飞行试验。
传统的基于日地月测量的自主导航算法存在着导航精度低的问题，大大影响和制约了基于日地月测量的自主导航系统的发展和应用。随着航天事业的发展，对卫星导航的精度提出了越来越高的要求。例如为国民经济和军事技术服务的导航卫星、测地卫星和侦察卫星等，都需要测轨系统提供其在空间运行的高精度轨迹和空间轨迹，从而为用户做到精确导航定位，测定地面点位的精确位标，或者有效监测、跟踪目标并确定目标的精确位置等等。总之，实现高精度的卫星自主导航，如何提高基于日地月测量的自主导航系统的导航精度更成为国际航天导航、制导与控制领域的挑战性课题。发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种日地月导航的月心方向修正方法，对一体化日地月导航敏感器扇形视场扫描到月球的脉冲时刻进行修正，从而提高了确定月心方向的精度，最终提高了自主导航系统的精度。
本发明的技术解决方案是一种日地月导航的月心方向修正方法实现步骤如下
(1)计算未进行修正的月心方向在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中方位角 Φ M和俯仰角S Μ，公式如下
权利要求
1. 一种日地月导航的月心方向修正方法，其特征在于步骤如下(1)计算未进行修正的月心方向在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中方位角ΦΜ和俯仰角δ Μ，公式如下ft +t \ A _ Λ, 1IA-MOON ^1Ll-MOON _t(Λ \YM ~ ujROTZ1MX-Ml-REF\ 1 /V1乂δ Μ = arctg (sin μ Mctg β L)(2)式中，ω 为一体化日地月导航敏感器的扫描速率；tu_Mra为一体化日地月导航敏感器扇形视场1扫描到月球的脉冲时刻；、_ΜωΝ为一体化日地月导航敏感器扇形视场2扫描到月球的脉冲时刻Amimf为一体化日地月导航敏感器对称面通过一体化日地月导航敏感器赤道面上基准点的脉冲时刻ΦΜ =\o)ROT(tL2_MOON-tu_MOON)-^^ ,OL1_L2为一体化日地月导航敏感器扇形视场1在一体化日地月导航敏感器赤道平面上超前于一体化日地月导航敏感器扇形视场2的角度；β L为一体化日地月导航敏感器扇形视场1和扇形视场2 相对于一体化日地月导航敏感器扫描转轴倾斜的角度；(2)计算修正前的月心方向在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中的坐标Esm，公式如下_ sin _Esm= cos sin(3)cos Jm cos _(3)计算修正月心方向前卫星指向月球的矢量在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中三轴的分量xm、ym、zffl,公式如下ym=LmsE sm(4)式中，Lms为月球到卫星距离；(4)计算修正前月心方向在一体化日地月导航敏感器赤道面的投影与一体化日地月导航敏感器赤道面上基准点之间的夹角μ，公式如下μ = arccos (zm/Lms)(5)(5)计算月球亮区最大可视角与实际可视角之间的差。 Y = arccos (Rm/Lms)-Ii(6)式中，Rm为月球半径；Ii为实际可视角，是根据星上预报的卫星轨道和星上存储的日地月星历计算得到；(6)计算补偿角λ，公式如下λ = arccos [ (Lms2-Rm2+Rm2cos γ ) /Lms2] (7)(7)计算中间变量η，公式如下n = arccos {[Lms2-Rm2+Rm2cos (Ii) ] /Lms2} (8)(8)计算修正后月心方向在一体化日地月导航敏感器赤道面的投影与一体化日地月导航敏感器赤道面上基准点之间的夹角μ ‘，公式如下μ ‘ = μ + [arccos (Rm/Lms) _ η _ λ ](9)(9)计算卫星指向月球矢量在一体化日地月导航敏感器赤道面的投影IV公式如下
全文摘要
一种日地月导航的月心方向修正方法，首先不考虑卫星看到的月球亮区的周期变化，利用一体化日地月导航敏感器扇形视场扫描到月球的脉冲时刻直接计算出月心方向，然后考虑卫星实际可见的月球亮区，根据测量原理计算亮区变化对应的测量补偿量，修正一体化日地月导航敏感器扇形视场扫描到月球的脉冲时刻，并重新计算经过修正和补偿的月心方向，本发明大大提高了基于日地月测量信息的自主导航系统的导航精度。
文档编号G01C25/00GK102519454SQ201110409230
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者亢淼, 张晓文, 张然, 魏春岭, 黄翔宇 申请人:北京控制工程研究所