[发明专利]一种基于飞行器群动态组网的伪卫星系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种伪卫星（Pseudo-Satellite，简称PL）系统，尤其涉及一种基于飞行器群动态组网的伪卫星系统，属于导航技术领域。

背景技术

卫星导航具有全天候、精度高、覆盖范围广等优点，已成为导航技术的主要发展方向。但是也存在着一系列固有缺点：由于卫星离用户距离遥远，因此到达用户的电平较低，导致信号易被干扰或屏蔽而使服务中断；由于卫星信号覆盖范围广，以提供广域服务为基本目标，同时卫星自身处于不断的运动之中，因此缺少对复杂地形的适应能力和持续覆盖能力，导致在某些地形条件下难以接收信号；卫星导航应用于战区时由于敌方的恶意干扰等会面临更大的困难。我国的二代北斗卫星导航系统将于2020年实现全球导航，同样会面临上述问题。伪卫星系统被发展用于解决上述卫星导航所存在的问题。伪卫星布设于地面上发射某种定位信号的发射器，通常都是发射类似于卫星导航系统（例如GPS、Galileo、GLONASS、北斗等）的信号。伪卫星系统最早用来对GPS概念进行实验，现已发展为不仅可以增强卫星导航系统实现高精度导航，而且可以独立组网在区域范围内替代卫星导航系统。

现在研究伪卫星布局的众多学者和单位几乎全部都是在讨论伪卫星静态布局的问题，例如空军工程大学导弹学院的“基于临近空间飞艇定位的伪卫星布局研究”、解放军理工大学的“近地空间伪卫星定位系统浮空器节点构型分析”等。静态伪卫星虽然易于布设、自身定位容易，但是其不便于规避各种攻击而且相对用户视线变化和多普勒频移较慢，这直接导致了其导航服务可用性，尤其是战场生存能力变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有伪卫星系统的不足，提供一种基于飞行器群动态组网的伪卫星系统，战场生存能力及导航服务的可用性更强。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于飞行器群动态组网的伪卫星系统，包括分别安装于多架飞行器上的多颗伪卫星，用于播发导航信号；每架飞行器上均设置有惯性导航系统、卫星导航系统、星敏感器；多架飞行器之间作相对运动；各伪卫星将惯性导航系统、卫星导航系统、星敏感器的输出信息进行融合，进行自身精确定位。

作为本发明的一优选方案，所述多架飞行器为四架无人机和一架飞艇；四架无人机在同一圆周上做变速圆周运动，距离间隔相同，运动规律一致，圆周距离地面高度约12km，直径约200km；所述飞艇静止于所述圆周的圆心正上方，距离地面高度20km。

作为本发明的另一优选方案，所述多架飞行器上还分别安装有无线测距装置，用于测量飞行器间的距离；各伪卫星将无线测距装置测得的飞行器间距离作为观测量，与惯性导航系统、卫星导航系统、星敏感器的输出信息进行融合，进行自身精确定位。

进一步地，伪卫星在进行信息融合时，具体按照以下方法：将惯性导航系统作为参考系统，将卫星导航系统输出的伪距、伪距率信息引入局部滤波器一，将星敏感器输出的姿态信息引入局部滤波器二，将测距装置测得的飞行器间距离信息引入局部滤波器三，采用融合-反馈模式进行联邦滤波；其中，局部滤波器一为基于惯性导航系统/卫星导航系统伪距和伪距率组合的滤波器，局部滤波器二为基于惯性导航系统/星敏感器组合的滤波器，局部滤波器三为基于惯性导航系统/飞行器间无线测距组合的滤波器；局部滤波器三的量测方程如下：

Z₃=H₃X+V₃

其中，V₃为高斯白噪声，量测矩阵H₃的表达式如下：