[发明专利]一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法

说明书

本发明提供了一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，包括：基于卫星可见性进行观测对象的初选；基于初选结果，构建观星序列的表达式；选择Fisher信息矩阵的行列式为观星序列的优化指标函数；采用优化指标函数计算不同观星序列的指标值，选择指标值最大的观星序列为最优观星序列。本发明提出一种基于可观性的观星序列规划方法，采用基于Fisher信息矩阵的指标函数对观星序列进行择优选择，从而提高了星敏感器观测已知卫星的导航精度。本发明采用Fisher信息矩阵实现观测对象选择，实现在充分考虑飞行器运动的条件下为飞行器提供最优观星序列，现对于现有的观星选择方法，导航的精度得到了有效的提升。

技术领域

本发明涉及导航技术领域，具体涉及一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法。

背景技术

卫星方向矢量导航是指飞行器利用星敏感器对已编目的卫星进行观测，获取卫星相对于星敏感器的方向矢量，并据此确定飞行器运动状态。该导航方法的信息源为已编目的空间目标，数量多，分布广，使得该导航方法可在全球范围提供服务。并且，卫星的光学信号不易被干扰，使得该导航方法具有极强的自主性。因而，该导航方法可用于航天器以及临近空间飞行器自主导航任务。

当飞行器搭载单视场星敏感器时，为了保证导航性能，卫星方向矢量导航要求星敏感器分时段观测不同的卫星。申请号为CN202110484592.9的中国专利申请公开了一种基于人造卫星的星光定位导航方法，该申请中通过计算位置几何精度因子完成观测对象的选择。但是该申请中所采用的位置几何因子仅可应用于单个时刻的观测对象选择，该选星指标无法在考虑飞行器运动的情况下规划出最优的观星序列。

对于卫星方向矢量导航而言，观测对象的选择会直接影响卫星方向矢量导航方法的导航精度。因此，为了规划出最优的观星序列，必须在考虑飞行器运动的条件下提出相应的指标函数。

综上所述，急需一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，旨在解决现有的观星选择方法在未考虑飞行器运动的情况下选择观测对象，导致导航精度较低的问题，具体技术方案如下：

一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，包括以下步骤：

步骤S1：基于卫星可见性进行观测对象的初选；

步骤S2：基于初选结果，构建观星序列的表达式；

步骤S3：选择Fisher信息矩阵的行列式为观星序列的优化指标函数；

步骤S4：采用优化指标函数计算不同观星序列的指标值，选择指标值最大的观星序列为最优观星序列。

以上技术方案中优选的，所述步骤S1具体是：在已编目卫星数据库中，根据星敏感器的位置以及观测约束判断卫星是否可见，选出可见的卫星。

以上技术方案中优选的，所述观测约束包括太阳光干扰、地球遮挡、地球阴影区、星敏感器探测距离以及星敏感器与观测对象的相对角速度。

以上技术方案中优选的，所述步骤S2中构建观星序列表达式具体是：

设飞行器携带的星敏感器共进行 M个时刻的连续观测，然后将其划分为 N段，每段观测内的观测对象为，每段观测时长为，其中；则观星序列 P的表达式为：

      （1）。

以上技术方案中优选的，所述步骤S3中优化指标函数具体如下：

                   （2），