[发明专利]一种基于周期变星的航天器自主导航方法

摘要

一种基于周期变星的航天器自主导航方法，其基本流程为：首先，在航天器上安装周期变星观测器，测量周期变星光亮度，得到测量时刻的光变相位以及周期变星在航天器本体系中的方位信息；其次，利用周期变星的星钟模型，计算得到周期变星光变相位到达太阳系质心的时刻；再次，根据周期变星测量信息建立导航的观测方程；最后，以周期变星光变相位到达时间差、周期变星在航天器本体系中的方位信息作为测量信息，利用标准的扩展卡尔曼滤波和多矢量定姿方法，进行航天器位置、速度、本体姿态的解算。

主权项

1.一种基于周期变星的航天器自主导航方法，其特征在于步骤如下：(1)建立用于航天器自主导航的周期变星数据库，该数据库包括周期变星的星名、赤经、赤纬、星等、光变振幅、光变周期、周期稳定性及周期变星的光变特性星钟模型；(2)在航天器上安装周期变星观测器，从而得到测量时刻t的三颗周期变星光亮度、周期变星在航天器本体坐标系下的经度和纬度信息；周期变星光亮度即为周期变星的测量光变相位φt,i，i＝1,2,3；所述三颗周期变星为预先指定；(3)将φt,i带入周期变星的星钟模型，分别得到三颗周期变星光变相位到达太阳系质心的时刻ts,i；(4)分别取所述三颗周期变星的测量光变相位φt,i，根据三颗周期变星光变相位到达太阳系质心的时刻ts,i，建立导航的观测方程；(5)当航天器处在地心引力作用范围内时，在地心赤道惯性坐标系下建立周期变星导航观测方程；(6)当航天器处在地心引力作用范围内时，建立航天器的轨道动力学方程；(7)分别取三颗周期变星的光变相位φt,i到达时间差τi作为测量信息，通过步骤(5)得到的观测方程以及步骤(6)得到的轨道动力学方程，利用标准的扩展卡尔曼滤波进行导航位置和速度的解算，得到t时刻地心赤道惯性坐标系下的航天器相对地球球心的位置坐标[x y z]和航天器相对地球球心速度坐标[vx vy vz]；(8)利用步骤(1)数据库中的三颗周期变星的赤经、赤纬，以及步骤(2)中周期变星观测器得到的在航天器本体坐标系下的周期变星的经度和纬度信息，采用多矢量定姿方法，确定航天器本体相对于惯性空间的姿态信息；(9)根据步骤(7)中得到的航天器相对地球球心的位置坐标[x y z]、航天器相对地球球心的速度坐标[vx vy vz]以及步骤(8)中得到的航天器本体相对于惯性空间的姿态信息，实现基于周期变星的航天器自主导航。