[发明专利]一种卫星星光折射导航误差确定与补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于天文导航领域，涉及一种卫星星光折射导航误差确定与补偿方法，适用于卫星星光折射导航系统的定位精度的准确预估。

背景技术

星光折射天文导航是利用光学敏感器测量恒星星光在通过地球边缘大气层时所发生的折射，间接得到地平信息，获得卫星在地心坐标系中的位置，从而确定卫星轨道的方法。星光折射导航的概念自1982年提出至今，受到许多学者的关注，提出了较多的导航精度分析方法，但Robert，Robert和Eliezer (Guidance and Control Conference,Gatlinburg,TN,August 15-17,1983:359-367)，Whilte，Thurman和Barnes(Proceedings of the Forty-First Annual Meeting,the Institute of Navigation,Annapolis,MD,June 25-27,1985:83-89)，Lair和Duchon(Acta Astronautica,1988,17(10):1069-1079)，Ning和Fang(Aerospace Science and Technology 11(2007)：222-228)等这些主要研究者提出的分析方法均未完全分析出影响星光折射导航精度的几个主要误差源，仅分析了部分主要误差源对导航精度的影响，且也未综合考虑这些误差源对导航精度的影响，不能满足卫星星光折射导航系统对导航精度准确预估的需求。

中国专利公开号CN 103616028A，公开日是2014年3月5日，名称为“一种基于单星敏感器的星光折射卫星自主导航方法”中公开了一种基于单星敏感器利用星光折射原理进行卫星自主导航的方法，该方法介绍了利用星光折射进行卫星自主导航的基本思路，并给出了导航精度的仿真结果，虽然获得了高精度的导航精度，但未建立在对误差进行全面分析的基础上，所以结果与实际情况具有一定的差距，也不能满足卫星星光折射导航系统对导航精度准确预估的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足之处，提供一种卫星星光折射导航误差确定与补偿方法，实现对卫星星光折射导航系统导航精度的准确预估，该方法误差分析全面、结果准确可靠。

本发明的技术方案是：一种卫星星光折射导航误差确定与补偿方法，步骤如下：

1)采用STK软件生成卫星轨道数据，包括太阳方向向量卫星惯性坐标系下的地心位置向量地球张角θ；

2)建立卫星姿态规划模型：

21)根据下式计算获得星光折射敏感器观测视场边缘向量和视场中心向量

其中为保证观测未折射星的视场不小于50平方度的情况下，可允许地球进入视场内的最大地球张角，φ为星光折射敏感器视场张角；

22)根据星光折射敏感器的安装位置，通过坐标转换解算出卫星相应的姿态角，获得最优卫星规划姿态；

3)根据步骤1)获得的卫星轨道数据、步骤22)获得的最优卫星规划姿态，以及星光折射敏感器视场大小，确定实际观测视场；基于Microsoft SQL Server数据库，采用多级三角划分法，根据实际观测视场选取观测星，模拟出观测星图；所述的观测星包括经大气折射的折射星和未经大气折射的未折射星；根据折射星的赤经、赤纬以及卫星惯性坐标系下的地心位置，计算获得折射星的切向高度h；

4)计算获得折射星的折射角γ＝2350.1074e^-0.10326788h；根据折射角测量精度误差，模拟生成在该误差范围内均匀分布的随机误差，将该随机误差加入到折射星的折射角γ中，解算出具有折射角误差的折射星切向高度h′；再将大气模型误差引起的切向高度误差直接加入到h′中得到具有折射角误差以及大气模型误差的折射星的切向高度h″；

5)选取观测星图上三颗折射星，根据他们的赤经、赤纬以及切向高度h″，计算获得地心惯性坐标系下卫星的位置；

51)根据三颗折射星的赤经、赤纬解算中心轴O_bE在天球上的位置(α_c,δ_c)；所述的中心轴O_bE为以三个折射星方向为母线的圆锥的中心轴；并计算出该圆锥的半锥角η；