有勢位力作用下的導(dǎo)航衛(wèi)星軌道確定改進(jìn)的無奇點技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于導(dǎo)航衛(wèi)星軌道確定改進(jìn)的無奇點技術(shù)。技術(shù)特征在于：通過拉格朗日基本方程獲得有勢位力攝動的理論表達(dá)。然后組成衛(wèi)星受攝軌道無奇點的理論表達(dá)，根據(jù)對導(dǎo)航衛(wèi)星的觀測，對理論表達(dá)進(jìn)行擬合，從而確定導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道或?qū)?dǎo)航衛(wèi)星軌道進(jìn)行改進(jìn)。由于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星軌道都是近圓軌道和赤道軌道，全部經(jīng)典的軌道理論均存在奇點問題，從而定軌或軌道改進(jìn)失敗。本發(fā)明的技術(shù)方法可以提供對北斗導(dǎo)航衛(wèi)星軌道進(jìn)行理論定軌和軌道改進(jìn)，而沒有奇點問題。另外本發(fā)明所用技術(shù)計算方法簡單，可以有效減少計算量，適合于星上自行定軌使用。由于衛(wèi)星的攝動力有兩種，即有勢位力與非保守力，所以本發(fā)明適用于有勢位力攝動的定軌。非保守力的攝動將申請另一個發(fā)明保護(hù)，兩者結(jié)合，構(gòu)成整個無奇點定軌技術(shù)。
【專利說明】有勢位力作用下的導(dǎo)航衛(wèi)星軌道確定改進(jìn)的無奇點技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用無奇點理論和技術(shù)確定衛(wèi)星軌道和對衛(wèi)星軌道進(jìn)行改進(jìn)的方法和技術(shù)，涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及導(dǎo)航衛(wèi)星測量定軌領(lǐng)域，屬于大地測量與衛(wèi)星導(dǎo)航定位學(xué)科，屬于天體測量與天體力學(xué)學(xué)科。
【背景技術(shù)】
[0002]有勢位作用下的導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道確定和改進(jìn)的關(guān)鍵問題在于衛(wèi)星運動方程應(yīng)用。
[0003]目前主要描述導(dǎo)航衛(wèi)星運動的方程有兩類:1)直角坐標(biāo)系下的運動方程，該方法無法獲得理論解即理論的軌道描述，所以只能用數(shù)值積分求解，需要積分器，需要較大的計算能力，很難實時，無法對運動進(jìn)行定性分析，無法星上自行定軌應(yīng)用。2)開普勒變量下的拉格朗日方程，應(yīng)用該方程可以求得衛(wèi)星軌道的理論描述，定軌和軌道改進(jìn)變成擬合平差濾波，計算量大大減小，適合于星上自行定軌應(yīng)用，可以實時，但是軌道理論描述存在奇點問題。
[0004]GPS導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道基本上都是近圓形的軌道，所以衛(wèi)星軌道有近圓奇點問題。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除了近圓軌道衛(wèi)星外，還有赤道軌道衛(wèi)星，既存在近圓奇點問題，也存在赤道軌道奇點問題。
[0005]上述現(xiàn)有理論方法技術(shù)要么存在計算量大，需要積分器，很難實時，無法定性分析的缺點，要么存在奇點問題，無法用于導(dǎo)航衛(wèi)星的定軌。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題
為了使得能夠自行星上定軌和軌道改進(jìn)，本發(fā)明提出一種無奇點的技術(shù)能使導(dǎo)航衛(wèi)星軌道的理論描述不含奇點，從而使得到導(dǎo)航衛(wèi)星軌道的確定和改進(jìn)都可以獲得理論描述而不會發(fā)生奇異，從而通過衛(wèi)星觀測擬合平差濾波，實現(xiàn)實時星上自行定軌。利用本發(fā)明進(jìn)行衛(wèi)星定軌和軌道改進(jìn)可以實現(xiàn)北斗系統(tǒng)的自主能力，減少對地面控制站的依賴，從而提高北斗系統(tǒng)在實戰(zhàn)中的生存能力，從而提高北斗應(yīng)用的范圍，并具有計算簡單、精度高，成本降低等優(yōu)點。
[0007]技術(shù)方案
本發(fā)明的技術(shù)特征在于:以不含奇點的位函數(shù)對開普勒根數(shù)的扁導(dǎo)數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)判據(jù)，決定如何組成無奇點的運動方程，然后利用中值積分定理求得軌道的理論描述，并通過對衛(wèi)星的觀測擬合平差濾波獲得軌道確定和改進(jìn)，具體步驟如下:
步驟1:求取攝動位相對于開普勒根數(shù)平近點角的偏導(dǎo)數(shù)；
步驟2:求取攝動位相對于開普勒根數(shù)近地點角的偏導(dǎo)數(shù)；
步驟3:求取攝動位相對于開普勒根數(shù)軌道橢圓扁率的偏導(dǎo)數(shù)；
步驟4:求取攝動位相對于開普勒根數(shù)軌道面傾角的偏導(dǎo)數(shù)；
步驟5:求取攝動位相對于開普勒根數(shù)升交點赤經(jīng)的偏導(dǎo)數(shù)；步驟6:求取攝動位相對于開普勒根數(shù)軌道橢圓半長軸的偏導(dǎo)數(shù)；
步驟7:判斷攝動位相對于開普勒根數(shù)軌道面傾角的偏導(dǎo)數(shù)是否含有因子sini ；
步驟8:判斷攝動位相對于開普勒根數(shù)軌道橢圓扁率的偏導(dǎo)數(shù)是否含有因子e ;
步驟9:根據(jù)初始軌道根數(shù)判斷軌道傾角是否為零，即軌道是否為赤道軌道；
步驟10:根據(jù)初始軌道根數(shù)判斷軌道橢圓扁率是否為零，即軌道是否為圓形軌道；步驟11:根據(jù)下式(同權(quán)利要求中7式)組成開普勒根數(shù)軌道半長軸相對于時間的導(dǎo)數(shù)的微分方程；
【權(quán)利要求】
1.導(dǎo)航衛(wèi)星軌道確定改進(jìn)的無奇點技術(shù)，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:定義和求取攝動位相對于六個開普勒根數(shù)之一(平近點角)的偏導(dǎo)數(shù)，即六個中間軌道變量之一的時間導(dǎo)數(shù)，即
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:根據(jù)攝動位函數(shù)求取其相對于六個開普勒根數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)(步驟1-6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:根據(jù)攝動位函數(shù)相對于兩個開普勒根數(shù)(e，i,即扁率，傾角)的偏導(dǎo)數(shù)以及初始軌道根數(shù)對奇異情況作出判斷(步驟7-10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:根據(jù)判據(jù)獲得無奇點的運動方程(步驟11-16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:根據(jù)積分中值定理獲得無奇點的運動方程的理論解表達(dá)式(步驟17)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:根據(jù)對衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)擬合平差濾波獲得確定的軌道或軌道改進(jìn)(步驟18)。
【文檔編號】G01S19/01GK103777208SQ201310545077
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】許國昌, 許佳, 曲云英, 李忠華, 李鵬 申請人:福建納威導(dǎo)航科技有限責(zé)任公司