專利名稱：一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法，屬于衛(wèi)星自主導航技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星自主導航指的是在不依賴地面測控系統(tǒng)支持的情況下，僅依靠星上搭載的測量、通訊和計算設(shè)備確定自身的位置和速度。實現(xiàn)衛(wèi)星自主導航是進行衛(wèi)星自主控制的基礎(chǔ)，有助于降低衛(wèi)星對地面測控的依賴程度，增強衛(wèi)星系統(tǒng)在緊急情況下的自主生存能力。但是，以目前的技術(shù)水平，中高軌衛(wèi)星缺乏高精度自主絕對導航手段。傳統(tǒng)的衛(wèi)星自主導航方法包括基于光學敏感器的天文導航方法和基于地球衛(wèi)星星間距離測量的方法等，其中 ，基于光學敏感器的天文導航受到地心方向提取精度的限制，難以滿足衛(wèi)星高精度自主導航的要求；基于地球衛(wèi)星星間距離測量進行導航時存在“虧秩”問題，即僅距離測量情況下不能對星座的整體旋轉(zhuǎn)形成有效的幾何約束，造成衛(wèi)星的絕對定位誤差隨時間增長而逐步積累。以往研究表明，將衛(wèi)星軌道動力學方程簡化為二體問題處理時，基于星間測距的衛(wèi)星導航系統(tǒng)是不可觀的；如果考慮衛(wèi)星軌道運動的三體問題，即同時考慮地球和月球引力影響，那么，星間測距導航系統(tǒng)是可觀的。但是，對于參與導航的2顆衛(wèi)星均為地球衛(wèi)星的情況，由于月球引力對地球衛(wèi)星動力學的影響較小，導航系統(tǒng)的可觀度較弱，事實上仍然難以實現(xiàn)高精度導航。

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，提出一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法，能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星高精度自主導航，為衛(wèi)星自主運行奠定技術(shù)基礎(chǔ)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法，步驟如下(I)選擇參與導航的一顆地球衛(wèi)星和一顆月球衛(wèi)星的位置矢量和速度矢量在地心慣性坐標系的分量作為狀態(tài)變量；(2)在所述地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星之間建立星間鏈路，通過無線電測距的方法獲取地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的星間距離觀測量；(3)利用擴展卡爾曼濾波算法處理步驟(2)中得到的地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的星間距離觀測量，獲得狀態(tài)變量的估計值，即地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的位置矢量和速度矢量的估計值，從而實現(xiàn)了地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的自主導航。所述步驟⑴中狀態(tài)變量為x(tk) = [(Xo(tk))T(Xi(tk))T]T其中，
Xi (tk) = [(rAWr (Y1(W)tVrj (tk) = Lrij x(tk) Tij y(tk) Tij z(tk)]TVi (tk) = [vijX(tk)vijy(tk)vijZ(tk)]Tr0 (tk)和V。(tk)表示地球衛(wèi)星位置矢量和速度矢量，Γ! (tk)和V1Uk)表示月球衛(wèi)星的位置矢量和速度矢量，下標i = O表示地球衛(wèi)星，i = l表示月球衛(wèi)星，tk表示時間。所述步驟⑵中地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的星間距離觀測量為y (tk)=h (x (tk)) +V (tk)其中，h (x (tk)) = I T1 (tk) -r0 (tk) |y(tk)表示地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的星間距離觀測量，符號I I · I I表示求矢量的范數(shù)，v(tk)表示測量噪聲。所述步驟(3)中通過擴展卡爾曼濾波算法處理星間距離觀測量，獲得狀態(tài)變量的估計值具體為
權(quán)利要求
1.一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法，其特征在于步驟如下 (1)選擇參與導航的一顆地球衛(wèi)星和一顆月球衛(wèi)星的位置矢量和速度矢量在地心慣性坐標系的分量作為狀態(tài)變量； (2)在所述地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星之間建立星間鏈路，通過無線電測距的方法獲取地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的星間距離觀測量； (3)利用擴展卡爾曼濾波算法處理步驟(2)中得到的地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的星間距離觀測量，獲得狀態(tài)變量的估計值，即地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的位置矢量和速度矢量的估計值，從而實現(xiàn)了地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的自主導航。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法，其特征在于所述步驟(I)中狀態(tài)變量為x(tk) = [(Xo(tk))T(Xi(tk))T]T 其中，Xi ak) = [(r.a,))1^^))1]1 (tk) = Lrij x(tk) Tij y(tk) Tij z(tk)]T Vi (tk) = [vijX(tk)vijy(tk)vijZ(tk)]T r0(tk)和V()(tk)表示地球衛(wèi)星位置矢量和速度矢量，ri(tk)和V1 (tk)表示月球衛(wèi)星的位置矢量和速度矢量，下標i = O表示地球衛(wèi)星，i = l表示月球衛(wèi)星，tk表示時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法，其特征在于所述步驟(2)中地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的星間距離觀測量為 I (tk) = h (X (tk)) +V (tk) 其中， h(x(tk)) = I |ri(tk)-rci(tk) I |y(tk)表示地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的星間距離觀測量，符號11· 11表示求矢量的范數(shù)，v(tk)表示測量噪聲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法，其特征在于所述步驟(3)中通過擴展卡爾曼濾波算法處理星間距離觀測量，獲得狀態(tài)變量的估計值具體為
全文摘要
一種基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星聯(lián)合測距的自主導航方法，基本方法是在地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星之間建立星間鏈路，進行星間距離測量；基于地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星之間的距離測量信息，以及三體軌道動力學方程，通過擴展卡爾曼濾波算法，同時估計出地球衛(wèi)星和月球衛(wèi)星的絕對位置，實現(xiàn)僅依賴星間測距信息的高精度自主導航。本發(fā)明所述方法可用于實現(xiàn)具有較高精度需求的衛(wèi)星自主導航任務(wù)，有助于降低衛(wèi)星對地面測控的依賴程度，增強衛(wèi)星系統(tǒng)在緊急情況下的自主生存能力。
文檔編號G01S19/47GK102998687SQ20121050447
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者熊凱, 魏春嶺, 何英姿 申請人:北京控制工程研究所