一种提高地球敏感器体地心矢量精度的方法与流程

技术特征：

1.一种提高地球敏感器体地心矢量精度的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)定义B坐标系，使所述B坐标系方向与地球敏感器体坐标系方向相同，B坐标系的坐标原点与地心惯性系相同；

(2)将天文导航的位置矢量和惯性导航的位置矢量均转化到某一时刻的所述B坐标系下；

(3)将所述B坐标系的惯性导航位置增量与所述天文导航的位置增量做差，计算得到地心矢量偏差估计值；

(4)补偿地心矢量偏差估计值，得到补偿后的天文导航的位置矢量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述将天文导航的位置矢量和惯性导航的位置矢量均转化到某一时刻的所述B坐标系下的方法包括：

t₂时刻B坐标系下的天文导航的位置矢量为：

${\stackrel{\→}{P}}_{b2}=C_i^{b2}\·{\stackrel{\→}{P}}_2=\left[\begin{array}{c}f/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\\ (y_2+y_0)/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\\ -(x_2+x_0)/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\end{array}\right]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)---\left(4\right)$

t₁时刻的B坐标系到t₂时刻的B坐标系的转化矩阵为：

$C_{b1}^{b2}=C_i^{b2}{C}_{b1}^i=\left[\begin{array}{ccc}1& {\mathrm{\φ}}_z& -{\mathrm{\φ}}_y\\ -{\mathrm{\φ}}_z& 1& {\mathrm{\φ}}_x\\ {\mathrm{\φ}}_y& -{\mathrm{\φ}}_x& 1\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中，φ_z,φ_y,φ_x分别为沿t₁时刻的B坐标系X,Y,Z轴的旋转角；

将t₁时刻B坐标系下的天文导航的位置矢量转换到t₂时刻B坐标系下的天文导航的位置矢量得到：

${{\stackrel{\→}{P}}^{\′}}_{b1}=C_{b1}^{b2}\·{\stackrel{\→}{P}}_{b1}=\left[\begin{array}{ccc}1& {\mathrm{\φ}}_z& -{\mathrm{\φ}}_y\\ -{\mathrm{\φ}}_z& 1& {\mathrm{\φ}}_x\\ {\mathrm{\φ}}_y& -{\mathrm{\φ}}_x& 1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}f/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ (y_1+y_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ -(x_1+x_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\end{array}\right]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)---\left(6\right)$

式中，R₁表示t₁时刻地心到飞行器之间的距离，ΔR₁为对应的测量误差；

将t₁时刻的惯性导航测量的地心惯性系下的位置矢量[X_i1,Y_i1,Z_i1]转化到t₂时刻的B坐标系得到位置矢量[X'₁,Y'₁,Z'₁]：

$\left[\begin{array}{c}{X^{\′}}_1\\ {Y^{\′}}_1\\ {Z^{\′}}_1\end{array}\right]=C_{b1}^{b2}\·C_i^{b1}\·\left[\begin{array}{c}{X}_{i1}\\ Y_{i1}\\ Z_{i1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& {\mathrm{\φ}}_z& -{\mathrm{\φ}}_y\\ -{\mathrm{\φ}}_z& 1& {\mathrm{\φ}}_x\\ {\mathrm{\φ}}_y& -{\mathrm{\φ}}_x& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_{b1}\\ Y_{b1}\\ Z_{b1}\end{array}\right]---\left(7\right)$

式中，为地心惯性系到t₁时刻的B系的坐标转化矩阵，[X_b1,Y_b1,Z_b1]^T为t₁时刻的B系下的惯性导位置矢量；

将t₂时刻的惯性导航测量的地心惯性系下的位置矢量[X_i2,Y_i2,Z_i2]转化到t₂时刻的B坐标系得到位置矢量[X₂,Y₂,Z₂]：

$\left[\begin{array}{c}{X}_2\\ Y_2\\ Z_2\end{array}\right]=C_i^{b2}\·\left[\begin{array}{c}{X}_{i2}\\ Y_{i2}\\ Z_{i2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_{b2}\\ Y_{b2}\\ Z_{b2}\end{array}\right]---\left(8\right)$

式中，为地心惯性系到t₂时刻的B系的坐标转化矩阵，[X_b2,Y_b2,Z_b2]^T为t₂时刻的B系下的惯性导位置矢量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)将所述B坐标系的惯性导航位置增量与所述天文导航的位置增量做差，计算得到地心矢量偏差估计值的公式包括：

航天器从t₁时刻飞行到t₂时刻，B坐标系中Y轴方向的天文导航的位置增量为：

$\begin{array}{c}{({{\stackrel{\→}{P}}^{\′}}_{b1}-{\stackrel{\→}{P}}_{b2})}_y=\[(y_1+y_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ -\[(y_2+y_0)/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)\\ -{\mathrm{\φ}}_z\·f/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ -{\mathrm{\φ}}_x(x_1+x_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\end{array}---\left(9\right)$

航天器从t₁时刻飞行到t₂时刻，B坐标系中Y轴方向的惯性导航的位置增量为：Y₁′-Y₂；

航天器从t₁时刻飞行到t₂时刻，t₂时刻的B坐标系Y轴方向的天文导航的位置增量和惯性导航的位置增量的差为：

$\begin{array}{c}{({{\stackrel{\→}{P}}^{\′}}_{b1}-{\stackrel{\→}{P}}_{b2})}_y-({Y^{\′}}_1-Y_2)=\[(y_1+y_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ -\[(y_2+y_0)/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)\\ -(Y_1-Y_2)-{\mathrm{\φ}}_z\·f/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ -{\mathrm{\φ}}_x(x_1+x_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ =\left(y_1\right)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ -\[\left(y_2\right)/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)\\ -(Y_1-Y_2)+y_0/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ -y_0/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)\\ -{\mathrm{\φ}}_z\·f/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ -{\mathrm{\φ}}_x(x_1+x_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\end{array}---\left(10\right)$

根据惯性导航的特性，简化为：

$\begin{array}{c}{({{\stackrel{\→}{P}}^{\′}}_{b1}-{\stackrel{\→}{P}}_{b2})}_y-({Y^{\′}}_1-Y_2)\≈y_0/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ -y_0/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)\\ +{\mathrm{\φ}}_z\·f/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ +{\mathrm{\φ}}_x(x_1+x_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\end{array}---\left(11\right)$

根据简化等式求出地心矢量偏差y₀的估计值；

航天器从t₁时刻飞行到t₂时刻，t₂时刻的B坐标系中Z轴方向的天文导航的位置增量为：

$\begin{array}{c}{({{\stackrel{\→}{P}}^{\′}}_{b1}-{\stackrel{\→}{P}}_{b2})}_x-({Z^{\′}}_1-Z_2)=\[-(x_1+x_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ +\[(x_2+x_0)/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)\end{array}---\left(12\right)$

航天器从t₁时刻飞行到t₂时刻，t₂时刻的B坐标系中Z轴方向的惯性导航的位置增量为：(Z'₁-Z₂)

航天器从t₁时刻飞行到t₂时刻，t₂时刻的B坐标系Z轴方向的天文导航的位置增量和惯性导航的位置增量的差为：

$\begin{array}{c}{({{\stackrel{\→}{P}}^{\′}}_{b1}-{\stackrel{\→}{P}}_{b2})}_x-({Z^{\′}}_1-Z_2)=\[-(x_1+x_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ +\[(x_2+x_0)/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)-({Z^{\′}}_1-Z_2)\\ =(-x_1/\sqrt{{\left(y_1+y_0\right)}^2+{\left(x_1+x_0\right)}^2+f^2})\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ +(x_2/\sqrt{{\left(y_2+y_0\right)}^2+{\left(x_2+x_0\right)}^2+f^2})\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)-({Z^{\′}}_1-Z_2)\\ -x_0/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ +x_0/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)\\ +{\mathrm{\φ}}_y\·f/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ -{\mathrm{\φ}}_x\·(y_1+y_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\end{array}---\left(13\right)$

根据惯性导航的特性，简化为：

$\begin{array}{c}{({{\stackrel{\→}{P}}^{\′}}_{b1}-{\stackrel{\→}{P}}_{b2})}_x-({Z^{\′}}_1-Z_2)\≈-x_0/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)\\ +x_0/\sqrt{{(y_2+y_0)}^2+{(x_2+x_0)}^2+f^2}\]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)\\ +{\mathrm{\φ}}_y\·f/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\\ -{\mathrm{\φ}}_x\·(y_1+y_0)/\sqrt{{(y_1+y_0)}^2+{(x_1+x_0)}^2+f^2}\end{array}---\left(14\right)$

根据简化等式求出地心矢量偏差x₀的估计值

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述补偿地心矢量偏差估计值，得到补偿后的天文导航的位置矢量,计算公式如下：

补偿后的t₁时刻、t₂时刻的天文导航的位置矢量为：

${\stackrel{\→}{P}}_1=C_{b1}^i\·\left[\begin{array}{c}f/\sqrt{{(y_1+y_0-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2+{(x_1+x_0-{\stackrel{\‾}{x}}_0)}^2+f^2}\\ (y_1+y_0-{\stackrel{\‾}{y}}_0)/\sqrt{{(y_1+y_0-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2+{(x_1+x_0-{\stackrel{\‾}{x}}_0)}^2+f^2}\\ -(x_1+x_0-{\stackrel{\‾}{x}}_0)/\sqrt{{(y_1+y_0-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2+{(x_1+x_0-{\stackrel{\‾}{x}}_0)}^2+f^2}\end{array}\right]\·(R_1+{\mathrm{\ΔR}}_1)---\left(15\right)$

${\stackrel{\→}{P}}_2=C_{b2}^i\·\left[\begin{array}{c}f/\sqrt{{(y_2+y_0-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2+{(x_2+x_0-{\stackrel{\‾}{x}}_0)}^2+f^2}\\ (y_2+y_0-{\stackrel{\‾}{y}}_0)/\sqrt{{(y_2+y_0-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2+{(x_2+x_0-{\stackrel{\‾}{x}}_0)}^2+f^2}\\ -(x_2+x_0-{\stackrel{\‾}{x}}_0)/\sqrt{{(y_2+y_0-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2+{(x_2+x_0-{\stackrel{\‾}{x}}_0)}^2+f^2}\end{array}\right]\·(R_2+{\mathrm{\ΔR}}_2)---\left(16\right)$

式中，分别为t₁时刻、t₂时刻的B系到地心惯性系到的坐标转化矩阵。