專利名稱：一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法，屬于衛(wèi)星自主導(dǎo)航研究領(lǐng)域，可以應(yīng)用于靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航任務(wù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)衛(wèi)星在壽命周期內(nèi)完全依賴地面測控系統(tǒng)的支持，與之相比，中星2A衛(wèi)星是我國第一顆具有自主生存能力的地球靜止軌道通信衛(wèi)星，其所采用的自主導(dǎo)航方法為該技術(shù)首次工程應(yīng)用，所用的方法屬于天文導(dǎo)航方法，這一大類方法從算法角度已經(jīng)較為成熟，并也產(chǎn)生了多種新型敏感器，如空間六分儀等，如中星2A上用到的基于地球敏感器和星敏感器的導(dǎo)航濾波算法是比較適合目前發(fā)展趨勢的方法，首先是方法較為簡單(已經(jīng)獲得我國專利保護)，其次是方法所用到的部件屬于星上常用姿態(tài)確定部件，能夠長期在軌不間斷 工作，即導(dǎo)航方案不對星上資源產(chǎn)生新的需求；在原有導(dǎo)航濾波方法的基礎(chǔ)上，中星2A針對靜止軌道衛(wèi)星的運行要求，尤其是軌道控制要求，創(chuàng)造性將星上軌道解析外推算法和導(dǎo)航濾波后的處理結(jié)果有機結(jié)合起來，既使得衛(wèi)星自主獲取了實時位置，同時也獲得了適合于軌道控制的軌道信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提出一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法，該方法能夠給出靜止軌道衛(wèi)星實時的軌道信息。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法，該方法的步驟為I)基于星敏感器和地球敏感器的kalman濾波算法，實時得到衛(wèi)星相對于定點的位置偏差值；2)對步驟I)得到的位置偏差值用最小二乘方法進行數(shù)據(jù)處理，獲得一天內(nèi)的軌道平面內(nèi)的平均軌道根數(shù)即半長軸、偏心率、近地點幅角和真近點角；對步驟I)得到的位置偏差值用平均濾波方法獲得一天內(nèi)的軌道平面外的平均軌道根數(shù)即軌道傾角和升交點赤經(jīng)；3)以步驟2)得到的平均軌道根數(shù)作為星上軌道解析外推算法的輸入值，外推計算一天內(nèi)衛(wèi)星軌道位置，提供連續(xù)導(dǎo)航定位信息，實現(xiàn)衛(wèi)星自主導(dǎo)航功能。有益效果本發(fā)明的方法已經(jīng)在中星2A上成功應(yīng)用，經(jīng)過在軌標定后自主軌道確定精度優(yōu)于10km，該方法可以推廣應(yīng)用于所有要求具備自主功能的地球靜止軌道衛(wèi)星。


圖I為衛(wèi)星自主導(dǎo)航測量原理示意圖；圖2為軌道平面參數(shù)確定示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例I)衛(wèi)星自主導(dǎo)航所需的星上測量部件為星敏感器和地球敏感器，基于星敏感器和地球敏感器的kalman濾波算法以此標稱軌道定點位置建立Hill方程，即衛(wèi)星相對標稱軌道定點位置的相對運動方程，作為kalman濾波算法的狀態(tài)方程，方程形式如下
權(quán)利要求
1.一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法，其特征在于該方法的步驟為 1)基于星敏感器和地球敏感器的kalman濾波算法，實時得到衛(wèi)星相對于定點的位置偏差值； 2)對步驟I)得到的位置偏差值用最小二乘方法進行數(shù)據(jù)處理，獲得一天內(nèi)的軌道平面內(nèi)的平均軌道根數(shù)即半長軸、偏心率、近地點幅角和真近點角；對步驟I)得到的位置偏差值用平均濾波方法獲得一天內(nèi)的軌道平面外的平均軌道根數(shù)即軌道傾角和升交點赤經(jīng)； 3)以步驟2)得到的平均軌道根數(shù)作為星上軌道解析外推算法的輸入值，外推計算一天內(nèi)衛(wèi)星軌道位置，提供連續(xù)導(dǎo)航定位信息，實現(xiàn)衛(wèi)星自主導(dǎo)航功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法，其特征在于步驟I)的具體步驟為 以此標稱軌道定點位置建立Hill方程，即衛(wèi)星相對標稱軌道定點位置的相對運動方程，作為kalman濾波算法的狀態(tài)方程，方程形式如下 - 2ω0γ =— Y β+ω1β-— rγ + 2ω0 - 3ω^χ -—r 其中 α為經(jīng)度偏差，單位為rad ； β為緯度偏差，單位為rad ； Y為徑向偏差，單位為rad ； f為靜止軌道衛(wèi)星理論半徑，單位為km ； O為標稱靜止軌道角速度，單位為rad/s ； ax、ay、az是外界加速度在標稱軌道定點位置為原點的坐標系的分量； 標稱軌道定點位置定義為不考慮衛(wèi)星漂移且軌道傾角為零的情況下的理論定點位置，與地球自轉(zhuǎn)完全同步； 衛(wèi)星自主導(dǎo)航測量要用到地球、衛(wèi)星和標稱軌道定點位置；其中，尾表示星敏感器給出的第一個方向矢量，無表不星敏感器給出的第二個方向矢量，孟代表地球敏感器給出的地心方向矢量; 方向矢量矣、艮在衛(wèi)星本體系下的坐標位置由星敏的安裝矩陣決定；根據(jù)星敏感器的測量原理，其測量輸出為方向矢量S1、艮在慣性坐標系中的方位坐標，分別記為(矣);和(及2)/，具體表達為(Si)/ = ^Uy 1^hz] = [^2 ^hy ^hz ]； 紅外地球敏感器的測量輸出為滾動角(^和俯仰角eh;根據(jù)測量得到的滾動角和俯仰角，經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)變換即可得到在本體坐標系下衛(wèi)星軌道坐標系原點到地心的位置矢量，記為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法，其特征在于步驟2)的具體步驟為對步驟I)得到的位置偏差值用最小二乘方法進行數(shù)據(jù)處理，獲得一天內(nèi)的軌道平面內(nèi)的平均軌道根數(shù)即半長軸、偏心率、近地點幅角和真近點角；對步驟I)得到的位置偏差值用平均濾波方法獲得一天內(nèi)的軌道平面外的平均軌道根數(shù)即軌道傾角和升交點赤經(jīng)； 根據(jù)步驟I)中kalman濾波后獲得的真實衛(wèi)星相對于標稱軌道定點位置的相對位置偏差值，為了獲得便于軌道控制的控制變量以及提高導(dǎo)航精度，取濾波結(jié)果中的東西偏差α和南北偏差β，基于靜止軌道衛(wèi)星的受攝漂移原理，通過最小二乘法和平均濾波方法獲得衛(wèi)星的平均軌道六根數(shù)，包括半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點赤經(jīng)、近地點幅角和真近點角，其中平均的意義為利用一天的α和β數(shù)據(jù)擬合獲得； 根據(jù)α和β，可以轉(zhuǎn)換成衛(wèi)星的赤經(jīng)和赤緯，即赤經(jīng)為ατ+α ，赤緯為δτ_β，可以獲得當(dāng)前k時刻的地心單位矢量 ，其表達式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法，其特征在于步驟3)的具體步驟為以步驟2)得到的六個平均軌道根數(shù)作為星上軌道解析外推算法的輸入值，外推計算一天內(nèi)衛(wèi)星軌道位置，提供連續(xù)導(dǎo)航定位信息，實現(xiàn)衛(wèi)星自主導(dǎo)航功能； 由于地球同步軌道衛(wèi)星偏心率e和軌道傾角i量級都比較小，故在進行解析外推計算時需采用適用于O≤e<l和0≤i< 180°的第二類六個無奇點根數(shù) ο = [a，h，k，ξ，Π，入]其表達是為a 為半長軸，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種靜止軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法，屬于衛(wèi)星自主導(dǎo)航研究領(lǐng)域?；谛敲舾衅骱偷厍蛎舾衅鞯膋alman濾波算法，實時得到衛(wèi)星相對于定點的位置偏差值；對位置偏差值用最小二乘方法進行數(shù)據(jù)處理，獲得一天內(nèi)的軌道平面內(nèi)的平均軌道根數(shù)，再用平均濾波方法獲得一天內(nèi)的軌道平面外的平均軌道根數(shù)；以平均軌道根數(shù)作為星上軌道解析外推算法的輸入值，外推計算一天內(nèi)衛(wèi)星軌道位置，提供連續(xù)導(dǎo)航定位信息，實現(xiàn)衛(wèi)星自主導(dǎo)航功能。本發(fā)明的方法已經(jīng)在中星2A上成功應(yīng)用，經(jīng)過在軌標定后自主軌道確定精度優(yōu)于10km，該方法可以推廣應(yīng)用于所有要求具備自主功能的地球靜止軌道衛(wèi)星。
文檔編號G01C21/02GK102878995SQ20121041399
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者郭建新, 常建松, 劉新彥, 王穎, 王玉峰, 謝軍 申請人:北京控制工程研究所