一种面向编队飞行的相对导航测速及组合导航方法
【专利摘要】一种面向编队飞行的相对导航测速及组合导航方法，相对导航测速包括获得每个航天器与各导航星之间的相对速度，计算航天器相对于每颗导航星的速度之间的差值，建立基于星光多普勒的相对速度测量模型；组合导航方法包括建立面向编队飞行的轨道动力学模型，建立X射线脉冲星导航测距模型，建立星间链路测距模型，建立基于星光多普勒的相对导航测速模型，利用扩展卡尔曼滤波器滤波，在脉冲星观测期间滤波器中的测量模型采用面向编队飞行的轨道动力学模型和基于星光多普勒的相对导航测速模型，一旦获得了脉冲到达时间还综合X射线脉冲星导航测距模型。
【专利说明】一种面向编队飞行的相对导航测速及组合导航方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航天器自主导航领域，特别涉及一种基于天文测速测距信息的编队飞行自主导航方法。
【背景技术】
[0002]编队飞行是航天技术中的新领域。编队飞行可增加冗余备份，降低成本，提供多点平台。在深空探测编队飞行领域，绝对和相对导航精度都是十分重要的，特别是相对导航精度。
[0003]目前，在深空探测巡航段，有以下几种方法可用于自主导航:(I)X射线脉冲星导航。X射线脉冲星导航可提供测距信息。两个航天器获得的测距信息之差即为相对导航信息。但该相对导航信息精度低。(2)星间链路。星间链路提供了高精度的相对距离信息。由于不含方位信息，该方式不能提供高精度的相对位置信息。(3)视觉相对导航。当两个航天器距离较近时，视觉相对导航能提供高精度的相对方位信息。
[0004]在组合导航方面，熊凯在《Acta Astronautica (宇航学报)》(2009年64卷427-436)上发表了学术论文〈〈The use of X-ray pulsars for aiding navigation ofsatellites in constellations (X射线脉冲星在卫星星座辅助导航中的应用)》。在该文中，熊凯将脉冲星导航和星间链路这两者相结合。相对导航精度有所提高，结合轨道动力学模型，还可提供绝对导航信息。但是，相对导航精度还是有限，有待提高。熊凯还在((Acta Astronautica (宇航学报)》(2013年86卷10-23)上发表了学术论文《Autonomousnavigation for a group of satellites with star sensors and inter-satellitelinks (利用星敏感器和星间链路的卫星自主导航)》。该方法结合了视觉相对导航和星间链路，当两颗卫星距离较近时可提高相对导航精度。
【发明内容】
[0005]本发明提出了一种基于星光多普勒的相对导航测速方法，旨在为编队飞行导航系统提供更高精度的相对导航速度信息。在此基础上，本发明将其与脉冲星导航、星间链路相结合，提出一种面向编队飞行任务的天文测速测距组合导航方法，旨在为编队飞行导航系统提供更高精度的绝对和相对导航信息。
[0006]本发明技术方案提供一种面向编队飞行的相对导航测速方法，基于相对速度测量模型进行相对导航测速，包括以下步骤，
[0007]步骤Al，获得每个航天器与各导航星之间的相对速度，设编队飞行的两个航天器分别记为航天器O和航天器I，记Vdci和vD1分别为航天器O和I相对于某颗导航星的速度；
[0008]步骤A2，计算航天器O和I相对于每颗导航星的速度之间的差值如下，
[0009]Vrsl =Vm-Vm = S1 -(V0-Vi) +式一
[0010]其中，I = 1，2，...，L，L为导航星的数量，为航天器O和I相对于第I颗导航星的相应速度VD(1、VD1之间的差值为第I颗导航星的方位矢量，V0和V1分别是航天器O和航天器I的速度矢量，4为第I颗导航星的测量噪声；
[0011]步骤A3，建立基于星光多普勒的相对速度测量模型如下，
[0012]Ys (t) = hs (X，t) + ω v 式二
[0013]其中，相对速度测量值Ys，相对速度测量函数hs，测量噪声矢量ω ν定义如下，
[0014]
【权利要求】
1.一种面向编队飞行的相对导航测速方法，其特征在于:基于相对速度测量模型进行相对导航测速，包括以下步骤， 步骤Al，获得每个航天器与各导航星之间的相对速度，设编队飞行的两个航天器分别记为航天器O和航天器1，记Vdci和vD1分别为航天器O和I相对于某颗导航星的速度；步骤A2，计算航天器O和I相对于每颗导航星的速度之间的差值如下，
2.一种根据权利要求1所述面向编队飞行的相对导航测速方法实现的组合导航方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤BI，建立面向编队飞行的轨道动力学模型如下， 设编队飞行的状态矢量表示为，
3.根据权利要求2所述组合导航方法，其特征在于:第j颗脉冲星的相应项h(X(t)，t)的表达式如下:
【文档编号】G01C21/24GK103900577SQ201410151098
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】刘劲, 钟敏, 吴谨, 熊凌, 李娟 , 邓慧萍, 杨莘 申请人:武汉科技大学