[发明专利]星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航系统及导航方法

权利要求书

1.一种星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航系统，其特征在于，所述星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航系统包括分布于各个子卫星上的信息采集模块、承载于主卫星上的集中式导航算法及可行性验证模块，其中：

所述信息采集模块根据星座建链表完成整个星座的卫星间的相互测距，获取星间双向测距信息；

所述子卫星根据星座路由表，将所述星间双向测距信息传入所述主卫星中；

所述集中式导航算法及可行性验证模块包括星间测距观测模型生成模块、轨道预报算法模块及滤波估计模块，其中：

所述轨道预报算法模块依据卫星动力学模型得到星座卫星预报轨道信息；

所述星间测距观测模型生成模块对星间双向测距信息进行处理，得到算法所需的观测量并构建观测方程，形成整网星间观测信息；

所述滤波估计模块利用扩展卡尔曼滤波算法将所述整网星间测距信息作为模型，修正所述星座卫星预报轨道信息，更新整个星座的定轨信息；

所述主卫星将所述整个星座的定轨信息实时发送至各个子卫星，执行各个卫星轨道信息的更新，完成集中式自主导航算法的一次定轨；

所述集中式导航算法及可行性验证模块对所述集中式自主导航算法的精度及工程可行性进行评估，并对整网卫星建链测距用时及主卫星的星上处理器运算处理时长进行评估；

针对北斗卫星整网集中式定轨算法在轨计算，通过基于推广卡尔曼滤波的整网集中式导航算法方法、基于北斗卫星Ka星间链路载荷、以及龙芯1E300处理器进行北斗卫星整网集中式定轨算法的星上计算流程；

将北斗卫星整网集中式定轨算法注入于龙芯1E300处理器中，并开展集中式导航算法的仿真验证，以获得利用整网集中式导航算法；

且周期内，龙芯1E300处理器用时满足算法处理星上使用要求需求。

2.如权利要求1所述的星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航系统，其特征在于，所述轨道预报算法模块建立所述卫星动力学模型，并根据所述卫星动力学模型生成卫星外推轨道，所述卫星动力学模型模块将所述卫星外推轨道发送至所述星间测距观测模型生成模块；

所述星间测距观测模型生成模块将所述外推轨道作为一步预报；

所述卫星动力学模型模块还用于建立轨道状态转移矩阵预报模型，并将所述轨道状态转移矩阵预报模型发送至所述星间测距观测模型生成模块。

3.如权利要求2所述的星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航系统，其特征在于，所述卫星动力学模型由公式(1)表示：

其中，为卫星在惯性坐标系中的位置矢量；为卫星在惯性坐标系中的速度矢量；为卫星受各种作用力而产生的加速度。

4.如权利要求3所述的星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航系统，其特征在于，所述星间双向测距信息由公式(2)表示：

其中，ρ_AB为卫星A发B收的星间距离测量值，ρ_BA为卫星B发A收的星间距离测量值，与为星间测距理论值，δt_A为卫星A钟差，δt_B为卫星B钟差；dErr_AB与dErr_BA为星间测量误差，所述星间测量误差包括收发时延误差、相位中心偏差、相对论效应误差，以及电离层延迟误差；

由公式(2)计算所述观测量，所述观测量由公式(3)表示：

根据所述观测量与两个卫星的位置关系，以及两个卫星的速度信息关系，得到公式(4)：

其中，为卫星A的位置向量，为卫星B的位置向量；

将公式(4)右式进行一阶泰勒公式展开，得到所述观测方程，所述观测方程由公式(5)表示：

其中，为卫星A的预报位置矢量，为卫星B的预报位置矢量，为卫星A的一阶位置信息改正量，为卫星B的一阶位置信息改正量，dis_AB为卫星A与卫星B之间的轨道预报距离，计算方法如公式(6)所示；