[发明专利]一种基于星载GNSS的GEO卫星实时定轨方法

说明书

本发明涉及一种基于星载GNSS的GEO卫星实时定轨方法，对数据预处理，设定初始值，计算下一时刻预报的卫星位置和速度、状态转移矩阵和状态方程的状态噪声协方差矩阵，设定计数单元；计算卫星观测数据，对观测方程线性化处理，计算观测矩阵及滤波新息向量及其比率，满足条件则接受预处理的数据加入滤波器，得滤波增益矩阵，更新并输出状态向量及状态误差协方差矩阵，结束，否则引入下个历元时刻的观测值。本发明不断由滤波判断模型在动态上是否变化，选择将模型的变化看作随机干扰归入模型噪声还是修正原模型，利用观测数据，由滤波本身不断估计和修正噪声统计特性或滤波增益阵，减小估计误差，提高滤波精度，消除同一时刻无可见星的情况。

技术领域

本发明属于无线电定向；无线电导航；采用无线电波测距或测速；采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测；采用其他波的类似装置的技术领域，特别涉及一种基于星载GNSS的GEO卫星实时定轨方法。

背景技术

全球导航卫星系统具有全天候、高精度、自动化、高效益、性能好等显著特点，随着多种全球导航卫星系统的不断改进、升级和软硬件的不断完善，GNSS(Global navigationsatellite system,全球卫星定位系统)的应用将越来越广泛，在陆地、海洋、航空、航天等领域中将发挥着越来越大的作用，其中就包括采用星载GNSS接收机来对卫星的运行轨道进行测定。

与传统的地基卫星轨道跟踪系统不同，星载GNSS能给卫星轨道提供相对经济、精确、连续和完整的跟踪。应用星载GNSS接收机来求解GEO(Geostationary Orbit，静止轨道卫星)卫星的轨道数据可以大量减少地面设备的费用，简化地面的定轨设备，增加可靠性。

然而，与其它轨道类型卫星相比，GEO卫星精密轨道确定存在较大困难，其主要表现在：

1)由于GEO卫星轨道距地面3万6千公里，跟踪站布设范围相对较小，使得对GEO卫星的观测几何结构强度差；

2)GEO卫星与地面跟踪站位置相对静止，站星几何的变化很小，增加观测时间带来的信息量有限，使得一些系统误差(如钟差及测站偏差等)难以解算和分离；

3)为了保持位置相对地球静止，GEO卫星需要频繁实施机动控制，这给GEO卫星精密轨道的确定和预报带来较大麻烦，如果处理不好则会严重影响卫星的性能和可用性。

基于此，亦有研究人员提出了基于GNSS的低轨航天器自主定轨方法，包括几何定轨法、松散滤波法、紧密滤波法等。

几何法定轨法需要在观测时刻至少有4颗GNSS卫星可见，才能计算出航天器当前的位置与速度，但对高轨道来说，在运行轨道的相当一部分达不到定轨所要求的至少4颗星可见，此时几何定轨法在高轨道不再实用。

松散滤波法以几何法定轨结果作为动力学滤波方程的观测值，在观测历元之间使用动力学模型进行积分预报，用EKF滤波方法或贝叶斯最小二乘估计卫星的最终轨道，但当航天器处于高轨道上不可同时观测4颗星的阶段时，则滤波算法无法进行下去。

紧密滤波法是以GNSS伪距及伪距率作为卡尔曼滤波的观测值，使用合适的动力学模型，用扩展卡尔曼滤波估计卫星状态，JPL的RTG软件和GSFC的GEODE均采用这种算法。紧密滤波法的优点在于：配合以合适的滤波方法，可以在卫星数少于4颗时，仍然能够对卫星状态进行更新；能够合理根据观测误差设置观测噪声协方差矩阵；通过调整滤波器的随机参数设置，改变滤波器的性能。但是，紧密滤波法需要考虑接收机钟差模型，估计向量的维数较大，滤波器的稳定性，数学模型比松散滤波法更为复杂。但当无星可见时，也无法定轨。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种优化的基于星载GNSS的GEO卫星实时定轨方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于星载GNSS的GEO卫星实时定轨方法，所述方法包括以下步骤：