[发明专利]一种日地月导航的地心方向的扁率修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种日地月导航的地心方向确定的扁率修正方法，属于航天器自主导航领域。 

背景技术

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。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。北京航空航天大学、西北工业大学、北京控制工程研究所、中国科学院等单位的研究人员主要对基于星敏感器的自主导航方法，包括星光折射观测法、星光+地平等自主导航方法进行了研究，哈尔滨工业大学对基于“日-地-月”信息的卫星自主导航技术以及针对小行星探测，利用星载光学导航相机和激光雷达组合导航等自主导航方法进行了研究。 

然而，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(Anthony J.Autonomous Space Navigation Experiment[C].AIAA 92-1710，1992.和Collins J T and Conger R E.MANS：Autonomous Navigation and Orbit Control for Communication Satellites[C].AIAA 94-1127-CP，1994.以及 Hosken R W，Wertz J R.Microcosm autonomous navigation system on-orbit operation[C].Keystone，Colorado：The 18th Annual AAS Guidance and Control Conference，AAS 95-074，1995.)。由于太阳、地球、月亮是自然天体，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(Wertz J R.Implementing autonomous orbit control[C].Breckenridge，Colorado：Proceedings of the Annual AAS Guidance and Control Conference，AAS 96-004，1996.)。北京控制工程研究所对日地月自主导航系统导航敏感器的特点及系统的导航算法进行了理论分析和研究(李捷，陈义庆.航天器自主导航技术的新进展[J].控制工程，1997，(1)：76～81.)。 

但是，由于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(Tai Frank，Noerdlinger Peter D.A Low Cost Autonomous Navigation System[C].AAS 89-001，1989.和Daniele Mortari.Moon-Sun Attitude Sensor[J].Journal of Spacecraft and Rockets，1997，34(3)：360～364.以及李季陆，陈义庆，孙承启.一种MANS自主导航系统的导航精度分析[J].控制工程，1998，(5)：1～6.)。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：克服现有不足，给出了一种考虑地球扁率的地心方位确定的方法，能够有效的对地球扁率带来的影响进行修正，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。