[发明专利]一种太阳耀斑到达时间差分测量及组合导航方法、系统

摘要

本发明提供一种太阳耀斑到达时间差分测量及组合导航方法、系统，属于航天器自主导航领域。太阳耀斑到达时间差分测量包括获得直接来自于太阳的耀斑到达时间、被火星反射的耀斑到达时间，计算二者的差值，建立太阳耀斑到达时间差分测量模型；组合导航方法包括建立测向导航模型，建立太阳耀斑到达时间差分测量模型，利用滤波器滤波，在未获得太阳耀斑TDOA时可采用测向模型。本发明弥补了测向导航的径向误差大这一问题，定位精度高，并且对仪器和星历要求很低。因此，本发明对航天器自主导航具有重要的实际意义。

主权项

一种太阳耀斑到达时间差分测量方法，其特征在于：利用对太阳系内行星进行探测的航天器实现测量，航天器上设置第一光电探测器和第二光电探测器，测量过程包括以下步骤，步骤A1，采用航天器上的第一光电探测器测得太阳耀斑直接到达航天器的时间，根据航天器在t₁时刻的位置r(t₁)，计算太阳耀斑光子离开太阳质心的时间t₀如下，c·(t₁‑t₀)＝|r(t₁)|其中，c为光速；步骤A2，利用行星星历，计算太阳耀斑光子到达行星的时刻t₂和此时的行星位置r_M(t₂)如下，c·(t₂‑t₀)＝|r_M(t₂)|步骤A3，采用航天器上的第二光电探测器测得记录经行星反射到达航天器的时间t，得到太阳耀斑到达时间差分t‑t₁；初步建立太阳耀斑TDOA模型如下，c·(t‑t₁)＝|r(t)‑r_M(t₂)|‑|r(t₁)|+|r_M(t₂)|+ω其中，ω为TDOA测量误差，TDOA表示到达时间差分，航天器在时刻t的位置为r(t)。步骤A4，对步骤A3所得太阳耀斑TDOA模型进行几何修正，获得精确模型，根据所得模型实现到达时间差分测量；进行几何修正包括以下子步骤，步骤A41，针对反射点不在行星质心而在行星表面，计算夹角α+β如下，r‑r_M|²+|r_M|²‑|r²＝2|r‑r_M|·|r_M|cos(α+β)其中，r、r_M和r_M′分别表示航天器在时刻t的位置r(t)、在时刻t₂相应的火星质心位置r_M(t₂)和反射点位置r_M′(t₂)，矢量r‑r_M和r_M′‑r_M的夹角是α，矢量‑r_M和r_M′‑r_M的夹角是β；进行初始化如下，α＝β＝(α+β)/2步骤A42，设矢量r_M‑r和r_M′‑r的夹角是α′，矢量r_M和r_M′的夹角是β′，计算α′和β′如下，${\left|r_M^{\′}\right|}^2=R_M^2+{\left|r_M\right|}^2-2R_M\·\left|r_M\right|cos\left(\mathrm{\β}\right)$$R_M^2={\left|r_M^{\′}\right|}^2+{\left|r_M\right|}^2-2\left|r_M^{\′}\right|\·\left|r_M\right|cos\left({\mathrm{\β}}^{\′}\right)$${\left|r_M^{\′}-r\right|}^2=R_M^2+{\left|r_M-r\right|}^2-2R_M\·\left|r_M-r\right|cos\left(\mathrm{\α}\right)$$R_M^2={\left|r_M^{\′}-r\right|}^2+{\left|r_M-r\right|}^2-2\left|r_M^{\′}-r\right|\·\left|r_M-r\right|\·cos\left({\mathrm{\α}}^{\′}\right)$其中，R_M为行星半径；步骤A43，调整α和β如下，α＝α‑[(α+α′)‑(β+β′)]/2β＝β+[(α+α′)‑(β+β′)]/2步骤A44，返回步骤A42，直到下式成立，此时的|r_M′|和|r_M′‑r|为所求距离；α+α′＝β+β′＝θ步骤A45，对步骤A3初步建立的太阳耀斑TDOA模型进行修正，得到修正模型如下，t‑t₁＝(r_M′‑r|+|r_M′|‑|r‑v·(t‑t₁))/c+ω其中，v为航天器的速度。