專利名稱：一種日地月導(dǎo)航的月心方向修正方法
一種日地月導(dǎo)航的月心方向修正方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于航天器自主導(dǎo)航領(lǐng)域，涉及一種日地月導(dǎo)航的月心方向修正方法。
技術(shù)背景
導(dǎo)航信息對(duì)于衛(wèi)星執(zhí)行飛行任務(wù)具有重要的意義。到目前為止，國(guó)內(nèi)外的衛(wèi)星導(dǎo)航主要依靠地面設(shè)備完成，這種導(dǎo)航方式存在著運(yùn)營(yíng)昂貴、自主生存能力差等許多缺點(diǎn)。正是由于認(rèn)識(shí)到以地面測(cè)控為主的傳統(tǒng)模式在運(yùn)行和管理中存在的缺陷，對(duì)衛(wèi)星自主導(dǎo)航技術(shù)的研究引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。美國(guó)、俄羅斯、歐空局等從上個(gè)世紀(jì)六十年代就開始對(duì)衛(wèi)星自主導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)行研究，先后提出了多個(gè)以應(yīng)用衛(wèi)星為主要背景的自主導(dǎo)航系統(tǒng)方案，并研制了相應(yīng)的星載測(cè)量?jī)x器，包括地平掃描儀、空間六分儀等等。我國(guó)也一直在進(jìn)行航天器自主導(dǎo)航技術(shù)的研究和探索，但起步較晚，大多數(shù)的研究還只停留在方法論證階段。
出于質(zhì)量、成本、功耗以及批量生產(chǎn)等考慮，小型化、一體化、低成本已成為未來自主導(dǎo)航敏感器的發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)Microcosm公司研制的MANS自主導(dǎo)航系統(tǒng)，利用專用的一體化敏感器根據(jù)日、地、月的在軌測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)確定航天器的軌道和三軸姿態(tài)，是完全意義上的自主導(dǎo)航系統(tǒng)。由于太陽(yáng)、地球、月球是自然天體，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律清楚且容易識(shí)別，導(dǎo)航資源不受限制。因此，研究該自主導(dǎo)航技術(shù)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。早在1994年3月美國(guó)空軍發(fā)射的“空間試驗(yàn)平臺(tái)-D”航天器就搭載該系統(tǒng)進(jìn)行了在軌飛行試驗(yàn)。
傳統(tǒng)的基于日地月測(cè)量的自主導(dǎo)航算法存在著導(dǎo)航精度低的問題，大大影響和制約了基于日地月測(cè)量的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航的精度提出了越來越高的要求。例如為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事技術(shù)服務(wù)的導(dǎo)航衛(wèi)星、測(cè)地衛(wèi)星和偵察衛(wèi)星等，都需要測(cè)軌系統(tǒng)提供其在空間運(yùn)行的高精度軌跡和空間軌跡，從而為用戶做到精確導(dǎo)航定位，測(cè)定地面點(diǎn)位的精確位標(biāo)，或者有效監(jiān)測(cè)、跟蹤目標(biāo)并確定目標(biāo)的精確位置等等?？傊?，實(shí)現(xiàn)高精度的衛(wèi)星自主導(dǎo)航，如何提高基于日地月測(cè)量的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度更成為國(guó)際航天導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性課題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種日地月導(dǎo)航的月心方向修正方法，對(duì)一體化日地月導(dǎo)航敏感器扇形視場(chǎng)掃描到月球的脈沖時(shí)刻進(jìn)行修正，從而提高了確定月心方向的精度，最終提高了自主導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種日地月導(dǎo)航的月心方向修正方法實(shí)現(xiàn)步驟如下
(1)計(jì)算未進(jìn)行修正的月心方向在一體化日地月導(dǎo)航敏感器測(cè)量坐標(biāo)系中方位角 Φ M和俯仰角S Μ，公式如下
權(quán)利要求
1. 一種日地月導(dǎo)航的月心方向修正方法，其特征在于步驟如下(1)計(jì)算未進(jìn)行修正的月心方向在一體化日地月導(dǎo)航敏感器測(cè)量坐標(biāo)系中方位角ΦΜ和俯仰角δ Μ，公式如下ft +t \ A _ Λ, 1IA-MOON ^1Ll-MOON _t(Λ \YM ~ ujROTZ1MX-Ml-REF\ 1 /V1乂δ Μ = arctg (sin μ Mctg β L)(2)式中，ω 為一體化日地月導(dǎo)航敏感器的掃描速率；tu_Mra為一體化日地月導(dǎo)航敏感器扇形視場(chǎng)1掃描到月球的脈沖時(shí)刻；、_ΜωΝ為一體化日地月導(dǎo)航敏感器扇形視場(chǎng)2掃描到月球的脈沖時(shí)刻Amimf為一體化日地月導(dǎo)航敏感器對(duì)稱面通過一體化日地月導(dǎo)航敏感器赤道面上基準(zhǔn)點(diǎn)的脈沖時(shí)刻ΦΜ =\o)ROT(tL2_MOON-tu_MOON)-^^ ,OL1_L2為一體化日地月導(dǎo)航敏感器扇形視場(chǎng)1在一體化日地月導(dǎo)航敏感器赤道平面上超前于一體化日地月導(dǎo)航敏感器扇形視場(chǎng)2的角度；β L為一體化日地月導(dǎo)航敏感器扇形視場(chǎng)1和扇形視場(chǎng)2 相對(duì)于一體化日地月導(dǎo)航敏感器掃描轉(zhuǎn)軸傾斜的角度；(2)計(jì)算修正前的月心方向在一體化日地月導(dǎo)航敏感器測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Esm，公式如下_ sin _Esm= cos sin(3)cos Jm cos _(3)計(jì)算修正月心方向前衛(wèi)星指向月球的矢量在一體化日地月導(dǎo)航敏感器測(cè)量坐標(biāo)系中三軸的分量xm、ym、zffl,公式如下ym=LmsE sm(4)式中，Lms為月球到衛(wèi)星距離；(4)計(jì)算修正前月心方向在一體化日地月導(dǎo)航敏感器赤道面的投影與一體化日地月導(dǎo)航敏感器赤道面上基準(zhǔn)點(diǎn)之間的夾角μ，公式如下μ = arccos (zm/Lms)(5)(5)計(jì)算月球亮區(qū)最大可視角與實(shí)際可視角之間的差。 Y = arccos (Rm/Lms)-Ii(6)式中，Rm為月球半徑；Ii為實(shí)際可視角，是根據(jù)星上預(yù)報(bào)的衛(wèi)星軌道和星上存儲(chǔ)的日地月星歷計(jì)算得到；(6)計(jì)算補(bǔ)償角λ，公式如下λ = arccos [ (Lms2-Rm2+Rm2cos γ ) /Lms2] (7)(7)計(jì)算中間變量η，公式如下n = arccos {[Lms2-Rm2+Rm2cos (Ii) ] /Lms2} (8)(8)計(jì)算修正后月心方向在一體化日地月導(dǎo)航敏感器赤道面的投影與一體化日地月導(dǎo)航敏感器赤道面上基準(zhǔn)點(diǎn)之間的夾角μ ‘，公式如下μ ‘ = μ + [arccos (Rm/Lms) _ η _ λ ](9)(9)計(jì)算衛(wèi)星指向月球矢量在一體化日地月導(dǎo)航敏感器赤道面的投影IV公式如下
全文摘要
一種日地月導(dǎo)航的月心方向修正方法，首先不考慮衛(wèi)星看到的月球亮區(qū)的周期變化，利用一體化日地月導(dǎo)航敏感器扇形視場(chǎng)掃描到月球的脈沖時(shí)刻直接計(jì)算出月心方向，然后考慮衛(wèi)星實(shí)際可見的月球亮區(qū)，根據(jù)測(cè)量原理計(jì)算亮區(qū)變化對(duì)應(yīng)的測(cè)量補(bǔ)償量，修正一體化日地月導(dǎo)航敏感器扇形視場(chǎng)掃描到月球的脈沖時(shí)刻，并重新計(jì)算經(jīng)過修正和補(bǔ)償?shù)脑滦姆较?，本發(fā)明大大提高了基于日地月測(cè)量信息的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102519454SQ201110409230
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者亢淼, 張曉文, 張然, 魏春嶺, 黃翔宇 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所