[发明专利]基于GPS广播数据的星上无源定位方法

摘要

本发明提供了一种基于GPS广播数据的星上无源定位方法，包括采集卫星的测量数据；根据测量数据计算地固坐标系到卫星本体系的转换矩阵M；选择地球椭球模型并得到相应的地球几何参数和地球椭球面方程；根据转换矩阵M求得目标位置方程并联立地球椭球面方程求得目标位置坐标。测量数据包括包含卫星实时位置和速度的GPS广播数据、目标测角βx、βy和姿态角数据，即俯仰角偏航角γ、滚动角θ；GPS广播数据通过卫星数据总线获得，βx和βy通过载荷分系统获得，姿态角数据通过姿轨控分系统获得。本发明以高精度GPS广播数据作为系统的输入量，确保了计算过程各项参数的精度，继而保证了定位结果的精度，同时无需线下处理的过程，增强了星上的自主计算能力。

主权项

一种基于GPS广播数据的星上无源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采集卫星的测量数据；步骤2：根据测量数据计算地固坐标系到卫星本体系的转换矩阵M；步骤3：选择地球椭球模型并得到相应的地球几何参数和地球椭球面方程；步骤4：根据转换矩阵M求得目标位置方程并联立地球椭球面方程求得目标位置坐标；所述测量数据包括包含卫星实时位置和速度的GPS广播数据、目标测角βx、目标测角βy和姿态角数据，姿态角数据即俯仰角偏航角γ、滚动角θ；所述GPS广播数据通过卫星数据总线获得，βx和βy通过载荷分系统获得，所述姿态角数据通过姿轨控分系统获得；所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：计算卫星到目标方向在卫星本体坐标系下的单位矢量，具体为，在本体坐标系下的两个目标测角分别为βx、βy，则此时卫星到目标方向在卫星本体系下的单位矢量L1表示为：L1=l1m1n1=cos(βx)cos(βy)1-cos2(βx)-cos2(βy),]]>其中，l1，m1，n1分别为目标视线方向在卫星本体系x轴、y轴、z轴下的投影；步骤2.2：将卫星到目标方向的单位矢量L1转换到轨道坐标系下，表示为：设则L2＝M1L1，其中，l2，m2，n2分别为目标视线方向在轨道系x轴、y轴、z轴下的投影；步骤2.3：将轨道坐标系下的单位矢量L2转换到地固坐标系下，具体为：以卫星的速度矢量为X轴，卫星的位置矢量的反向矢量为Z轴，Z与X轴叉乘得到为Y轴，则将轨道坐标系下的单位矢量L2转换到地固坐标系下，表示为：将vsi的分量形式表示为[vx,vy,vz]T，求得此三个单位矢量如下：c1c2c3=-x/x2+y2+z2-y/x2+y2+z2-z/x2+y2+z2]]>b1b2b3=vx/vx2+vy2+vz2vy/vx2+vy2+vz2vz/vx2+vy2+vz2×-x/x2+y2+z2-y/x2+y2+z2-z/x2+y2+z2]]>根据求得其中vsi为卫星的惯性速度在地固坐标系中的表示，x，y，z分别为卫星在地固系下的坐标；l3，m3，n3分别为目标视线方向在地固系x轴、y轴、z轴下的投影；[a1,a2,a3]T，[b1,b2,b3]T，[c1,c2,c3]T分别为轨道系x轴、y轴、z轴在地固系下的投影；步骤2.4：求得地固坐标系至卫星本体坐标系的转换矩阵M：M＝M2TM1T。