[发明专利]一种基于GNSS的卫星天文导航系统误差自主标定方法及系统

说明书

本发明提出本一种基于GNSS的卫星天文导航系统误差自主标定方法及系统，在满足自主天文导航系统需求的地球中心方向测量基础上，可在直接采用GNSS定轨数据的同时，利用这些高精度定轨数据，对天文导航测量系统中因安装、热交变等引起的系统误差进行实时标定。本发明提出的标定方法可自主运行，利用不同类型自主导航系统的优势和特点，通过误差标定保证了天文导航方法单独运行的精度，提高了导航系统的可靠性和适应性，标定方法也简单易行，具有较高的工程指导意义和实用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于GNSS的卫星天文导航系统误差自主标定方法及系统，属于卫星自主导航研究领域，可以应用于卫星自主导航任务。

背景技术

基于地球中心方向测量的天文自主导航精度主要受到地球中心矢量测量误差的制约，中心矢量的测量误差主要有安装偏差、观测时间不同步带来的测量误差、光学系统变形带来的误差、敏感器组合带来的相对基准误差，以及地球非球形带来的测量偏差等，这些误差往往是时变的，基于目前在轨的经验，误差中既有常值项，又有与轨道周期密切相关项，且各自的误差量级都不可忽略，这使得这类天文导航方法的导航精度往往并不理想，需要地面反复调教后才能有较为理想的导航结果，但当太阳光照条件或轨道运行方式发生变化时，以往的标较结果就不再适应，需要地面重新进行标定，费时费力，但这类导航方法毫无疑问是全自主的，不依赖任何人为信息，且用于地球中心矢量测量的敏感器往往也是姿态敏感器，工程应用代价小。

相对来说，Global Navigation Satellite System(GNSS)导航方式已经逐步得到了工程应用，由于其高精度、成本低等特点，已经在航天器上得到充分应用，但是GNSS的应用并不是无条件的，作为无线电导航的主要形式，其精度和可用性受到了GNSS运行方管制以及轨道特点的约束。以上两种导航方式各有优缺点，尤其是对于高轨道卫星、地月转移段飞行航天器，GNSS信号的不连续是常态的情况下，二者结合，优势互补，是一个非常好的工程应用方式。目前需要一种基于GNSS的卫星天文导航系统误差的自主标定方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对天文导航系统系统误差大、GNSS在轨存在间断且导航可靠性较低的问题，提出了一种基于GNSS的卫星天文导航系统误差自主标定方法，充分利用GNSS实时定轨数据对天文导航系统的系统误差进行标定，从而使天文导航系统获得较高的导航精度，保证了两套导航系统同时可用，且对GNSS的可用条件和实时精度要求不高，进一步提高自主导航系统的整体精度和可靠性。

本发明采用的技术解决方案是：

一种基于GNSS的卫星天文导航系统误差自主标定方法，步骤如下：

(1)根据卫星配置的地球敏感器测量得到的卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的滚动角和俯仰角θ_es；

(2)根据卫星配置的星敏感器测量结合其安装参数得到的从惯性坐标系至卫星本体坐标系的姿态四元数q＝[q₁ q₂ q₃ q₄],其中q₄为标量，并转换为转换矩阵C_bi；

(3)根据卫星上所配置的GNSS测量得到的卫星位置矢量r_g＝[x_g y_g z_g]^T，并且根据GNSS输出的卫星轨道根数近地点幅角ω和平近地点角M，进而得到平均的卫星幅角λ＝ω+M；

(4)基于星敏感器测量和GNSS输出结果，得到基于星敏感器测量下的卫星本体坐标系下真实地心矢量r_ge＝[x_ge y_ge z_ge]^T，并基于此得到等效的滚动角和俯仰角θ_ge；