[发明专利]一种太阳耀斑到达时间差分测量及组合导航方法、系统

说明书

技术领域

本发明属于航天器自主导航领域，特别涉及一种太阳耀斑到达时间差分测量技术方案以 及基于太阳耀斑到达时间信息的航天器自主导航技术方案。

背景技术

导航信息对于深空探测的成败至关重要。受远距离和长时延的影响，地面站无法提供实 时高精度的导航信息，特别是在捕获段。而航天器自主导航系统可以做到这一点。因此，对 于捕获段而言，天文自主导航是极其重要的，特别是航天器相对于目标天体的位置、速度信 息。

目前，在深空探测领域，有以下几种自主导航方法：(1)X射线脉冲星测距导航。X射线 脉冲星导航可提供高精度测距信息。但是，航天器相对于目标天体的位置比绝对位置更加重 要。若目标天体星历出现较大误差，航天器相对于目标天体的位置也相应地出现较大误差。 (2)测向导航。测向导航是传统的天文导航方式，通过测量近天体获得航天器相对于近天体 的方位信息。但是，该方法无法提供高精度的航天器与近天体之间距离信息。(3)测速导航。 测速导航通过测量恒星的光谱频移来获得航天器相对于恒星的速度信息。测速导航方法无法 直接提供位置信息。位置信息是通过积分速度信息获得，因此必存在较大积分误差。

综上所述，在目标天体星历存在误差的情况下，X射线脉冲星导航和测速导航无法提供 高精度的相对于目标天体的导航信息。测向导航虽不受星历误差影响，但是在径向上精度极 低。

发明内容

本发明提出了一种太阳耀斑到达时间差分(TimeDifferenceOfArrival,TDOA)测量技术方 案，旨在为航天器提供高精度的测距导航信息。在此基础上，本发明将其与传统的测向导航 相结合，提出一种太阳耀斑TDOA/测向组合导航技术方案，旨在深空探测捕获段为航天器提 供实时、高精度的自主导航信息。

本发明提供一种太阳耀斑到达时间差分测量方法，利用对太阳系内行星进行探测的航天 器实现测量，航天器上设置第一光电探测器和第二光电探测器，测量过程包括以下步骤，

步骤A1，采用航天器上的第一光电探测器测得太阳耀斑直接到达航天器的时间，根据航 天器在t₁时刻的位置r(t₁)，计算太阳耀斑光子离开太阳质心的时间t₀如下，

c·(t₁-t₀)＝|r(t₁)|

其中，c为光速；

步骤A2，利用行星星历，计算太阳耀斑光子到达行星的时刻t₂和此时的行星位置r_M(t₂)如 下，

c·(t₂-t₀)＝|r_M(t₂)|

步骤A3，采用航天器上的第二光电探测器测得记录经行星反射到达航天器的时间t，得 到太阳耀斑到达时间差分t-t₁；初步建立太阳耀斑TDOA模型如下，

c·(t-t₁)＝|r(t)-r_M(t₂)|-|r(t₁)|+|r_M(t₂)|+ω

其中，ω为TDOA测量误差，TDOA表示到达时间差分，航天器在时刻t的位置为r(t)；

步骤A4，对步骤A3所得太阳耀斑TDOA模型进行几何修正，获得精确模型，根据所得 模型实现到达时间差分测量；进行几何修正包括以下子步骤，

步骤A41，针对反射点不在行星质心而在行星表面，计算夹角α+β如下，

|r-r_M|²+|r_M|²-|r²＝2|r-r_M|·|r_M|cos(α+β)