[发明专利]一种基于多角距融合的星座分布式自主定轨方法

权利要求书

1.一种基于多角距融合的星座分布式自主定轨方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)、建立多恒星-目标卫星角距信息预处理模型，完成多角距信息的预处理，计算出观测卫星-目标卫星连线的赤经赤纬；

S2)、以观测卫星和目标卫星的位置速度为状态量，建立自主定轨系统的状态方程；以多角距信息联合星座卫星之间的相对距离测量为观测量建立量测方程；

S3)、利用扩展卡尔曼滤波算法采用分布式方式估计观测卫星和目标卫星的导航参数，进行星座整网定轨，完成卫星星座的自主定轨；

所述的步骤S1)中，以观测卫星和目标卫星在天球上的连线矢量与各恒星的角距测量值为半径作圆，多圆的交点即为观测卫星-目标卫星连线矢量的赤经赤纬，则有：

式中，k＝A,B,…，l_k为恒星k与目标卫星的角距测量值，(α_k，δ_k)为某颗恒星的赤经赤纬，(α_ij，δ_ij)为两星连线矢量的赤经赤纬；

对上式进行线性化，采用牛顿迭代法进行最优估计计算，则有线性化方程：

z_k＝a_k·Δδ_ij+b_k·Δα_ij

式中，

式中，为两星连线矢量赤经赤纬的迭代优化值，的迭代初值用两颗卫星推算的轨道值求取方向矢量得到；

写成矩阵形式如下：

Z＝PΔδ_ij+QΔα_ij＝M·X

式中，

M＝[P Q]，X＝[Δδ_ij Δα_ij]^T

通过最小二乘法估计(Δδ_ij,Δα_ij)后，采用下式进行修正：

式中，m为迭代次数，迭代一定次数或者修正残差小于一定门限时即可终止迭代。

2.如权利要求1所述基于多角距融合的星座分布式自主定轨方法，其特征在于：所述的步骤S2)中，以观测卫星和目标卫星的位置速度为状态量，仅考虑二阶带谐项建立的自主导航系统状态方程：

式中X₁、X₂分别表示观测卫星和目标卫星的位置速度状态量，Δf₁、Δf₂分别表示地球非球形引力高阶摄动、日月光压摄动。

3.如权利要求2所述基于多角距融合的星座分布式自主定轨方法，其特征在于：针对计算得到的观测卫星-目标卫星赤经赤纬信息，建立量测方程：

式中，为根据多角距测量值得到的观测卫星-目标卫星连线赤经赤纬，为根据轨道递推计算出的观测卫星-目标卫星连线赤经赤纬，V₁表示量测噪声；

针对相对目标卫星伪距观测量建立量测方程：

式中(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)分别表示观测卫星和目标卫星的位置坐标，v₂表示伪距量测噪声。

4.如权利要求3所述基于多角距融合的星座分布式自主定轨方法，其特征在于：所述的步骤S3)中，卫星星座内的每颗卫星都运行一个完整的卡尔曼滤波器，把目标卫星当做不确定度有了解的参考点，利用自身测量值和其余卫星提供的相关轨道参数独立完成导航参数估计，最终完成卫星星座的整网自主定轨。