[发明专利]适用于卫星轨道参数递推计算的去奇异方法

说明书

本发明的一种适用于卫星轨道参数递推计算的去奇异方法，方便递推算法根据当前轨道平根数递推卫星轨道信息，预测指定时刻卫星的位置，包括如下步骤：输入参数无奇异处理；卫星轨道根数递推计算；无奇点变量还原。该方法可以将输入的卫星轨道平根数进行去奇异，避免当偏心率接近零时可能出现的奇异问题，使算法适合长时间、高精度的卫星位置预测，可以适用于卫星在轨的多种任务需求。

技术领域

本发明涉及卫星轨道动力学中的卫星轨道计算领域，具体涉及卫星轨道参数递推领域。

背景技术

近年来，对于人造卫星在指定时刻位置的预测，已经成为越来越重要的问题。高精度的轨道预报作为航天技术中一项重要技术，在卫星轨道设计和轨道优化中起着至关重要的作用，同时可以为天线指向、跟踪定位等卫星在轨任务提供可靠的轨道信息参考。传统的卫星轨道参数递推需要以轨道平根数作为输入，当轨道偏心率接近零时，计算过程中可能会出现奇异问题。

目前，应用于地面站的卫星轨道递推方法和高精度定轨算法一般由高性能计算机实现，其中包括了高精度积分算法和高精度动力学模型，对计算资源需求较多。卫星在轨运行时，卫星定轨的一种常见手段是由GNSS接收机接收其轨道数据。这种方法的缺点是：GNSS实时定轨存在误差，且易由于卫星指向、电子干扰或环境遮挡等情况造成导航星可见数量小于4颗，这种情况会影响卫星轨道数据的连续性和准确性。另一种手段是由地面上注轨道根数进行外推。这种方法的缺点是：目前的应用的外推模型一般过于简单，导致轨道数据精度变差，且一般不适用于长期预报。

中国发明专利“一种卫星位置获取方法和系统”(专利号：CN104459732A)中，介绍了一种GLONASS卫星位置解算方法。该方法可以获取观测时刻卫星的位置和速度，但是采用是一种数值积分方法，并且依赖于GLONASS接收机。

中国发明专利“一种基于拉格朗日插值及卡尔曼滤波的轨道数据插值方法”(专利号：CN103268407A)中，介绍了一种基于拉格朗日插值及卡尔曼滤波的轨道数据插值方法。该算法可以实现卫星位置的高精度实时仿真，但是占用计算资源较大，会增加星上计算机的负担。

李丹，于洋等人在“基于轨道根数的低轨卫星轨道预测算法”(见《光学精密工程》，2016年，10期)论文中提出了一种利用椭圆曲线来预测卫星轨道的方法，但是在求解过程中需要计算系数的偏微分。

中国发明专利“一种适用于圆轨道卫星的星上自主轨道外推方法”(专利号：CN103995800A)中，介绍了一种适用于圆轨道卫星的轨道递推的方法。但是该方法只考虑了摄动。

基于以上考虑，本发明公开的适用于卫星轨道参数递推计算的去奇异方法，其优势在于，使算法精度高，适用于长期递推，既能满足多种在轨任务的精度需求，又不会占用星上计算机过多资源。

发明内容

针对卫星在轨时进行轨道递推计算时，若轨道偏心率很小(近圆轨道，e≈0)时，计算中出现会奇点的问题，本发明提出了适用于卫星轨道参数递推计算的去奇异方法，该方法可以将轨道平根数转化为无奇点根数进行卫星轨道递推计算。

为了实现该方法，采用如下的技术方案：