[发明专利]一种基于共面星间测向和异面星间测距的星座导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于共面星间测向和异面星间测距的星座导航方法，属于卫星自主导航技术领域。

背景技术

传统的卫星自主导航方法包括基于光学敏感器的天文导航方法和基于星间距离测量的方法等，其中，基于光学敏感器的天文导航受到地心方向提取精度的限制，难以满足高轨卫星高精度自主导航的要求；基于地球卫星星间距离测量进行导航时存在“亏秩”问题，即仅距离测量情况下不能对星座的整体旋转形成有效的几何约束，造成星座卫星的绝对定位误差随时间增长而逐步积累。

基于星间照相观测的星座导航是一种新兴的自主导航技术，基本方法是在星座卫星上安装具有星间方向测量功能的星相机，采用星相机照相观测的方式获取星座卫星之间的相对位置矢量在惯性空间中的指向信息。引入星间方向测量信息有助于解决卫星星座组成的空间多面体相对于地心惯性系定向的问题。考虑到基于星相机的星间方向测量具有较高精度，再结合通过星间链路获取的星间距离测量信息，可以解决“亏秩”问题，实现基于相对位置测量的高精度绝对导航。

研究表明，采用基于“照相观测+距离测量”的星座卫星自主导航方法，如果仅在同轨道面卫星之间进行照相观测和距离测量，随着自主运行时间的增长，导航误差仍有缓慢增大的趋势。针对这一问题，提出基于共面星间测向和异面星间测距的星座卫星自主导航方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：基于同一轨道面上不同卫星之间的相对测量信息进行星座卫星自主导航时，存在导航误差随时间增长缓慢增大的问题。针对上述问题，提出基于共面星间测向和异面星间测距的星座导航方法，即在同轨道面相邻星座卫星之间进行相对位置测量的同时，在不同轨道面的星座卫星之间进行星间距离测量。采用这一测量方式，能够克服现有技术的不足，实现星座卫星长时间高精度自主导航。

本发明的技术解决方案是：

一种基于共面星间测向和异面星间测距的星座导航方法，步骤如下：

(1)选择参与导航的星座卫星的位置矢量和速度矢量在地心惯性坐标系的分量作为状态变量；

(2)通过安装在星座卫星上的星相机对同轨道面相邻卫星进行照相观测，通过图像处理获取同轨道面卫星的星间方向观测量；

(3)通过同轨道面星座卫星之间，以及不同轨道面星座卫星之间的星间链路，通过无线电测距的方法获取星座卫星之间的星间距离观测量；

(4)利用扩展卡尔曼滤波算法处理步骤(2)中得到的星座卫星的星间方向观测量和步骤(3)中得到的星间距离观测量，通过滤波解算获得状态变量的估计值，即参与导航的星座卫星的位置矢量和速度矢量的估计值，从而实现基于共面星间测向和异面星间测距的星座卫星自主导航。

所述步骤(1)中状态变量为：

xk=(xk(1))T(xk(2))T(xk(3))T(xk(4))TT]]>