一种导航卫星星座自主定轨的方法
【专利摘要】本发明属于卫星自主定轨领域，涉及一种导航卫星星座自主定轨的方法。其包括如下步骤：(1)：自主定轨开始，系统初始化；(2)：获取卫星之间的星间测距；(3)：计算星间测距的观测矩阵；(4)：利用轨道动力学模型进行轨道预报；(5)：利用卡尔曼滤波算法分别进行量测更新和状态估计；(6)：判断自主定轨是否结束，若未结束，则再次运行步骤(2)～步骤(6)；反之，则结束退出自主定轨程序。本发明相对于传统的导航卫星星座自主定轨的方法，具有以下优点：1、可以解决导航星座仅利用星间测距进行自主定轨时的秩亏问题；2、长期自主定轨精度较高。
【专利说明】一种导航卫星星座自主定轨的方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明属于卫星自主定轨领域，具体涉及一种导航卫星星座自主定轨的方法。 【背景技术】
[0002] 自主定轨能力对卫星导航系统的发展将具有越来越重要的意义。拥有自主定轨能 力的卫星导航系统不需要通过全球布站来提供支持，同时可以减轻有限的地面站的负担， 提高卫星导航系统的安全性。
[0003] 卫星导航系统的自主定轨既可以利用单星自主定轨方法，通过系统中每颗卫星独 立的自主定轨实现整个导航系统的自主定轨。也可以利用卫星之间的相对测量实现卫星导 航系统的整网定轨。相对测量包括导航系统中卫星间的相对角度、相对距离和相对速度等 信息。相对于卫星与一个表面不规则的天体之间的测量，两颗卫星之间的相对测量精度要 高的多。因此利用导航卫星间的相对测量信息进行自主定轨是一个可行的方式。早期研究 指出只需要利用星间测角信息就可以进行自主定轨，仅用测角的自主定轨精度为几百米。 但联合使用星间测距和测角的自主定轨精度为米级。这说明在利用星间测量信息进行自主 定轨时，星间测距比测角的作用更大。然而仅利用星间测距对近地卫星导航系统进行自主 定轨存在秩亏问题。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供了一种导航卫星星座自主定轨的方 法。该方法中的需要至少有一颗运行在地月系拉格朗日轨道上的导航卫星。
[0005] 技术方案：一种导航卫星星座自主定轨的方法，包括如下步骤：
[0006] (1):自主定轨开始，系统初始化；
[0007] (2):获取卫星之间的星间测距；
[0008] (3):计算星间测距的观测矩阵；
[0009] (4):利用轨道动力学模型进行轨道预报；
[〇〇1〇] (5):利用卡尔曼滤波算法分别进行量测更新和状态估计；
[0011] (6):判断自主定轨是否结束，若未结束，则再次运行步骤（2)?步骤（6);反之，则 结束退出自主定轨程序。
[0012] 作为本发明中导航卫星星座自主定轨的方法的优选方案：步骤（2)中所述测距包 括导航卫星之间的测距和导航卫星与拉格朗日卫星之间的测距。
[0013] 作为本发明中导航卫星星座自主定轨的方法的优选方案：若步骤（2)中的测距为 导航卫星之间的测距矩阵，则按（1)式计算导航卫星之间的观测矩阵：
[0014]
【权利要求】
1. 一种导航卫星星座自主定轨的方法，包括如下步骤： (1) 、自主定轨开始，系统初始化； (2) 、获取卫星之间的星间测距； (3) 、计算星间测距的观测矩阵； (4) 、利用轨道动力学模型进行轨道预报； (5) 、利用卡尔曼滤波算法分别进行量测更新和状态估计； (6) 、判断自主定轨是否结束，若未结束，则再次运行步骤（2)?步骤（6);反之，则结束 退出自主定轨程序。
2. 如权利要求1中所述的导航卫星星座自主定规的方法，其特征在于，步骤⑵中所述 测距包括导航卫星之间的测距和导航卫星与拉格朗日卫星之间的测距。
3. 如权利要求1中所述的导航卫星星座自主定轨的方法，其特征在于，若步骤（2)中的 测距为导航卫星之间的测距，则按（1)式计算导航卫星之间的观测矩阵：
(1) P ij为星间测距，σ i，〇 j为两颗导航卫星的轨道根数； ⑴式中
(2) 其中，
zEj]T分别为近地卫星i和近地卫星j在惯性系下的位置坐标。
4. 如权利要求1中所述的导航卫星星座自主定轨的方法，其特征在于，若步骤（2)中的 测距为导航卫星与拉格朗日卫星之间的测距，则按（4)式计算导航卫星与拉格朗日卫星之 间的观测矩阵：
其中， ⑶且 (6) 3? %JT为拉格朗日轨道导航卫星在地心惯性系下的位置向量。
5. 如权利要求1中所述的导航卫星星座自主定轨的方法，其特征在于，步骤⑷中所述 利用轨道动力学模型进行轨道预报包括以下步骤： (41) 将前一时刻的定轨结果作为轨道预报的初值； (42) 将初值带入卫星的动力学模型，其中动力学模型的考虑了了大气阻力、太阳光压、 地球非球形引力、第三体引力、潮汐力的影响； (43) 利用RKF78数值积分方法得到轨道预报的结果。
6. 如权利要求1中所述的导航卫星星座自主定轨的方法，其特征在于，步骤（5)中利用 卡尔曼滤波算法分别进行量测更新和状态估计，包括如下步骤： (51) 按（7)式和（8)式对被估状态进行一步预测
(7) (8) (52) 将步骤（1)的结果作为先验信息，按（9)式计算增益矩阵Kk+1
(9) (53) 利用&+1，按（10)式得到新的状态估计值
(10) (54) 按（11)式计算新的协方差矩阵，为下一步滤波做准备
(11)。
【文档编号】G01C21/24GK104048664SQ201410310639
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】高有涛, 徐波 申请人:南京航空航天大学