有势位力作用下的导航卫星轨道确定改进的无奇点技术的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于导航卫星轨道确定改进的无奇点技术。技术特征在于：通过拉格朗日基本方程获得有势位力摄动的理论表达。然后组成卫星受摄轨道无奇点的理论表达，根据对导航卫星的观测，对理论表达进行拟合，从而确定导航卫星的轨道或对导航卫星轨道进行改进。由于北斗导航卫星轨道都是近圆轨道和赤道轨道，全部经典的轨道理论均存在奇点问题，从而定轨或轨道改进失败。本发明的技术方法可以提供对北斗导航卫星轨道进行理论定轨和轨道改进，而没有奇点问题。另外本发明所用技术计算方法简单，可以有效减少计算量，适合于星上自行定轨使用。由于卫星的摄动力有两种，即有势位力与非保守力，所以本发明适用于有势位力摄动的定轨。非保守力的摄动将申请另一个发明保护，两者结合，构成整个无奇点定轨技术。
【专利说明】有势位力作用下的导航卫星轨道确定改进的无奇点技术
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用无奇点理论和技术确定卫星轨道和对卫星轨道进行改进的方法和技术，涉及卫星导航定位【技术领域】，涉及导航卫星测量定轨领域，属于大地测量与卫星导航定位学科，属于天体测量与天体力学学科。
【背景技术】
[0002]有势位作用下的导航卫星的轨道确定和改进的关键问题在于卫星运动方程应用。
[0003]目前主要描述导航卫星运动的方程有两类:1)直角坐标系下的运动方程，该方法无法获得理论解即理论的轨道描述，所以只能用数值积分求解，需要积分器，需要较大的计算能力，很难实时，无法对运动进行定性分析，无法星上自行定轨应用。2)开普勒变量下的拉格朗日方程，应用该方程可以求得卫星轨道的理论描述，定轨和轨道改进变成拟合平差滤波，计算量大大减小，适合于星上自行定轨应用，可以实时，但是轨道理论描述存在奇点问题。
[0004]GPS导航卫星的轨道基本上都是近圆形的轨道，所以卫星轨道有近圆奇点问题。北斗卫星导航系统除了近圆轨道卫星外，还有赤道轨道卫星，既存在近圆奇点问题，也存在赤道轨道奇点问题。
[0005]上述现有理论方法技术要么存在计算量大，需要积分器，很难实时，无法定性分析的缺点，要么存在奇点问题，无法用于导航卫星的定轨。
【发明内容】
[0006]要解决的技术问题
为了使得能够自行星上定轨和轨道改进，本发明提出一种无奇点的技术能使导航卫星轨道的理论描述不含奇点，从而使得到导航卫星轨道的确定和改进都可以获得理论描述而不会发生奇异，从而通过卫星观测拟合平差滤波，实现实时星上自行定轨。利用本发明进行卫星定轨和轨道改进可以实现北斗系统的自主能力，减少对地面控制站的依赖，从而提高北斗系统在实战中的生存能力，从而提高北斗应用的范围，并具有计算简单、精度高，成本降低等优点。
[0007]技术方案
本发明的技术特征在于:以不含奇点的位函数对开普勒根数的扁导数为基础，根据判据，决定如何组成无奇点的运动方程，然后利用中值积分定理求得轨道的理论描述，并通过对卫星的观测拟合平差滤波获得轨道确定和改进，具体步骤如下:
步骤1:求取摄动位相对于开普勒根数平近点角的偏导数；
步骤2:求取摄动位相对于开普勒根数近地点角的偏导数；
步骤3:求取摄动位相对于开普勒根数轨道椭圆扁率的偏导数；
步骤4:求取摄动位相对于开普勒根数轨道面倾角的偏导数；
步骤5:求取摄动位相对于开普勒根数升交点赤经的偏导数；步骤6:求取摄动位相对于开普勒根数轨道椭圆半长轴的偏导数；
步骤7:判断摄动位相对于开普勒根数轨道面倾角的偏导数是否含有因子sini ；
步骤8:判断摄动位相对于开普勒根数轨道椭圆扁率的偏导数是否含有因子e ;
步骤9:根据初始轨道根数判断轨道倾角是否为零，即轨道是否为赤道轨道；
步骤10:根据初始轨道根数判断轨道椭圆扁率是否为零，即轨道是否为圆形轨道；步骤11:根据下式(同权利要求中7式)组成开普勒根数轨道半长轴相对于时间的导数的微分方程；
【权利要求】
1.导航卫星轨道确定改进的无奇点技术，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:定义和求取摄动位相对于六个开普勒根数之一(平近点角)的偏导数，即六个中间轨道变量之一的时间导数，即
2.根据权利要求1所述，其特征在于:根据摄动位函数求取其相对于六个开普勒根数的偏导数(步骤1-6)。
3.根据权利要求1所述，其特征在于:根据摄动位函数相对于两个开普勒根数(e，i,即扁率，倾角)的偏导数以及初始轨道根数对奇异情况作出判断(步骤7-10)。
4.根据权利要求1所述，其特征在于:根据判据获得无奇点的运动方程(步骤11-16)。
5.根据权利要求1所述，其特征在于:根据积分中值定理获得无奇点的运动方程的理论解表达式(步骤17)。
6.根据权利要求1所述，其特征在于:根据对卫星的观测数据拟合平差滤波获得确定的轨道或轨道改进(步骤18)。
【文档编号】G01S19/01GK103777208SQ201310545077
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】许国昌, 许佳, 曲云英, 李忠华, 李鹏 申请人:福建纳威导航科技有限责任公司