[发明专利]基于卫星组合导航系统的卫星自主导航方法

权利要求书

1.一种基于卫星组合导航系统的卫星自主导航方法，其特征在于，包括步骤：

A、针对卫星组合导航系统的状态变量建立所述卫星组合导航系统在连续时间下的非线性状态方程和量测方程；

所述非线性状态方程通过以下步骤建立：

以地球质心为坐标原点建立地心惯性坐标系，则所述卫星组合导航系统中的待导航卫星在连续时间下的非线性状态方程为：

r_x、r_y、r_z、v_x、v_y、v_z分别为待导航卫星在地心惯性坐标系下的位置和速度，μ为地心引力常数，J₂为二阶带谐项系数，R_e为地球平均赤道半径，r为地心惯性坐标系下的待导航卫星到地心的距离；

所述量测方程通过以下步骤建立：

通过在待导航卫星上设置GNSS接收机，设定状态已知的GNSS卫星作为参考卫星，则该GNSS接收机到该GNSS卫星的伪距量测方程为：

r_sx、r_sy、r_sz为GNSS卫星在地心惯性坐标系下的位置，ε_ρ为均值为0的伪距测量噪声；

伪距率的量测方程为：

v_s和r_s是GNSS卫星在地心惯性坐标系下的速度和位置，v和r为待导航卫星在地心惯性坐标系下的速度和位置矢量，为均值为0的测量噪声；

待导航卫星上的路标导航敏感器提供待导航卫星指向某个路标的单位路标矢量，该路标矢量的量测方程为：

r_d为所述某个路标在地心惯性坐标系下的位置矢量，ε_l为均值为0的高斯白噪声，矩阵可通过待导航卫星在地心惯性坐标系下的位置坐标[r_x r_y r_z]^T和速度坐标[v_x v_y v_z]^T计算得到；

通过在待导航卫星上设置星敏感器，该星敏感器提供一个指向遥远恒星的星光矢量，则该星光矢量与所述路标矢量的夹角的量测方程为：

u_s是在待导航卫星本体坐标系下的单位星光矢量，ε_α为均值为0的高斯白噪声；

B、利用SDC策略分别对所述非线性状态方程和量测方程进行线性化得到连续的线性方程，进而得到状态转移矩阵和测量矩阵；

所述状态转移矩阵包括：

令

则所述状态方程的状态转移矩阵为：

所述测量矩阵包括：

对所述伪距的量测方程进行线性化和移项：

令

则伪距的测量矩阵为：

H₁(X)＝[A₁r_sx A₁r_sy A₁r_sz 0 0 0]；

对所述伪距率的量测方程进行线性化和移项：

令

h₁(X)＝[-v_sx -v_sy -v_sz r_x-r_sx r_y-r_sy r_z-r_sz]，

h₂(X)＝[v_x-v_sx v_y-v_sy v_z-v_sz -r_sx -r_sy -r_sz]，

所述v_sx、v_sy、v_sz为GNSS卫星在地心惯性坐标系下的速度；

则伪距率的测量矩阵为：

其中0＜α＜1；

对所述路标矢量的量测方程进行线性化和移项，则路标矢量的测量矩阵为：

对所述星光矢量与所述路标矢量的夹角的量测方程进行线性化和移项：

令

则星光矢量与所述路标矢量的夹角的测量矩阵为：

H₄(X)＝[A₂ A₂ A₂ 0 0 0]；

C、基于所述状态转移矩阵和测量矩阵构建离散化后的系统模型；

D、利用所述系统模型对自主导航中经过SDREF滤波处理的状态进行时间更新；

E、利用所述系统模型对所述时间更新后的状态预测值进行SDREF滤波的测量更新。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述系统模型包括：

X_k+1是k+1时刻的系统预测状态，X_k是k时刻的系统状态，Z_k是k时刻的测量值，Φ(X_k)是状态转移矩阵，H(X_k)是测量矩阵，w_k和v_k分别是离散化的状态噪声和测量噪声。