[发明专利]一种低轨卫星入轨初期定轨方法

说明书

本发明公开了一种适用于低轨卫星发射初期的自主定轨方法，其利用卫星磁强计测量的地球磁场信息作为观测量，利用状态方程和观测方程，在初始条件下，建立起状态量也就是卫星位置、速度、姿态的递推公式，通过多点信息的迭代和滤波不断校正输出轨道信息，从而实现卫星全磁自主导航计算；卫星可以在不依赖GNSS系统的情况下，仍然能够计算出较为精确的轨道参数，地面系统利用卫星下传的这些轨道参数，可以保证地面天线持续稳定跟踪卫星。

技术领域

本发明涉及卫星定轨领域，尤其是涉及一种适用于低轨卫星发射初期的自主定轨方法。

背景技术

目前，我国低轨微小卫星主要采用星载GNSS导航系统，获取卫星实时的位置速度信息，从而确定卫星轨道。卫星收到GPS数据通常为卫星在惯性系中的位置和速度，我们根据轨道递推公式计算得的卫星的轨道参数r,V,a,e,i,Ω,ω,λ,最终计算出轨道外推根数，并以此为初值进行轨道外推。该方法必须要依赖单独的GNSS导航设备，同时必须保证所依赖的外部导航系统(北斗、GPS)可用。而低轨卫星中，微小卫星占绝大多数，普遍具有供电功率较低、蓄电池容量小的特点。GNSS作为能耗较高的部件，大部分的低轨微小卫星在入轨初期不能做到常开机的状态，甚至部分微小卫星为了保证卫星能源安全在入轨初期不开GNSS。如果卫星在入轨初期无法得到GNSS数据，同时发射方提供星箭分离点的轨道信息存在较大误差的话，卫星实际轨道将不断偏离初始轨道参数从而导致地面测控无法捕获卫星，存在丢失卫星的极端风险。为此，本发明提供了一种自主的适用于低轨卫星发射初期的定轨方法。该方法确定的卫星轨道精度可以保证地面测控站稳定跟踪卫星，从而极大的提高了卫星在入轨初期的安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于低轨卫星发射初期的自主定轨方法，以解决现有技术中卫星实际轨道不断偏离初始轨道参数，从而导致地面无法捕获卫星甚至丢失卫星的技术问题。

本发明提供一种适用于低轨卫星发射初期的自主定轨方法，该方法用卫星磁强计测量的地球磁场信息作为观测量，利用状态方程和观测方程，在初始条件下，建立起状态量的递推公式，所述状态量为卫星位置、速度、姿态，通过多点信息的迭代和滤波，不断校正输出轨道信息，从而实现卫星全磁自主导航计算。

所述状态方程为：

式中，

其中，x、y、z、v_x、v_y、v_z分别表示卫星在惯性坐标系中的位置和速度分量，在轨道坐标系0XYZ中，地磁场强度记为矢量B，在轨道坐标系下的分量为B_x、B_y、B_z,三轴磁强计沿卫星本体坐标系O_bX_bY_bZ_b三轴方向安装，输出测量值分别为B_bx、B_by、B_bz。

所述观测方程的建立方式为：

根据IGRF地磁场模型建立地磁场矢量与卫星轨道位置关系的观测方程：

h＝H(t)X

其中，t为时间，然后根据卫星姿态，将轨道坐标系下的地磁场矢量分量转换为磁强计测量坐标系下的地磁场矢量分量，最终建立起观测方程；其中

h＝[B_bx B_by B_bz]

地磁场矢量在轨道坐标系和测量坐标系下的转换关系为：