太陽(yáng)相對(duì)近地軌道微小衛(wèi)星位置的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本方法涉及太陽(yáng)相對(duì)于航天器位置的確定方法，屬于航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近地軌道微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)常利用星載GPS輸出的J2000坐標(biāo)系下衛(wèi)星的速 度、位置以及時(shí)間信息進(jìn)行姿態(tài)確定，利用GPS的輸出信息可以解算出太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi) 星的位置，此相對(duì)位置可以作為矢量之一，配合另一矢量（如地磁場(chǎng)方向矢量）進(jìn)行雙矢量 定姿，或配合太陽(yáng)敏感器共同為微小衛(wèi)星的姿態(tài)確定與姿態(tài)機(jī)動(dòng)提供參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決目前還沒(méi)有一種能夠根據(jù)近地軌道微小衛(wèi)星在J2000坐標(biāo)系下 的位置、速度以及協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(Coordinate Universal Time)信息解算太陽(yáng)相對(duì)于近地 軌道微小衛(wèi)星的位置的方法的問(wèn)題。
[0004] 太陽(yáng)相對(duì)于近地軌道微小衛(wèi)星的位置的確定方法，包括以下步驟：
[0005] 步驟一、在已知由星載GPS輸出的微小衛(wèi)星在J2000坐標(biāo)系下的速度、位置， 以及格林尼治年、月、日信息與協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(Coordinate Universal Time)的前提 下，通過(guò)歲差轉(zhuǎn)換矩陣P和地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換矩陣R求得由J2000坐標(biāo)系到地心地固坐標(biāo)系 (Earth-Centered, Earth-Fixed Coordinate System，簡(jiǎn)稱(chēng)ECEF)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣W，進(jìn)而將 微小衛(wèi)星的速度、位置矢量在ECEF下表示出來(lái)；
[0006] 步驟二、根據(jù)微小衛(wèi)星在ECEF下的位置，利用反三角函數(shù)以及經(jīng)煒度象限條件求 得微小衛(wèi)星所在位置的地心經(jīng)度λ、地心煒度妒：
[0007] 步驟三、利用步驟二的結(jié)果，計(jì)算出積日Ν，日角Θ、太陽(yáng)赤煒角δ、太陽(yáng)時(shí)角τ、 地方時(shí)S d，進(jìn)而計(jì)算出太陽(yáng)高度角h、太陽(yáng)方位角A ;
[0008] 步驟四、利用步驟三求得的太陽(yáng)高度角h、太陽(yáng)方位角A，在已知太陽(yáng)相對(duì)于微小 衛(wèi)星的距離的前提下，將太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置在北東地坐標(biāo)系下表示出來(lái)；
[0009] 步驟五、利用步驟一中J2000坐標(biāo)系下微小衛(wèi)星的位置和速度信息，解算出北東 地坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系之間的夾角，利用夾角得到北東地坐標(biāo)系到軌道坐標(biāo)系之間的坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換矩陣，將在北東地坐標(biāo)系下表示的太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置在軌道坐標(biāo)系中表示出 來(lái)。
[0010] 本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提出了一種根據(jù)近地軌道微小衛(wèi)星在J2000坐 標(biāo)系下的位置、速度以及UTC信息，解算太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置，并將此相對(duì)位置在軌 道坐標(biāo)系中表示出來(lái)的方法。用本發(fā)明提供的方法解算出的軌道坐標(biāo)系下太陽(yáng)相對(duì)于微 小衛(wèi)星的位置，與利用STK生成的相同軌道參數(shù)下的太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置，有較高 的吻合度，太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置矢量指向精度評(píng)價(jià)誤差不超過(guò)0. 2°，最高不超過(guò) 0.4° 〇
【附圖說(shuō)明】 toon] 圖1太陽(yáng)相對(duì)于近地軌道微小衛(wèi)星的位置矢量解算過(guò)程；
[0012] 圖2太陽(yáng)相對(duì)于近地軌道微小衛(wèi)星位置rsat sun mi^與r sat sun STK x對(duì)比效果圖；
[0013] 圖3太陽(yáng)相對(duì)于近地軌道微小衛(wèi)星位置rsat sun mi^與r sat sun STK y對(duì)比效果圖；
[0014] 圖4太陽(yáng)相對(duì)于近地軌道微小衛(wèi)星位置rsat sun mi 2與r sat sun STK z對(duì)標(biāo)效果圖；
[0015] 圖5太陽(yáng)相對(duì)于近地軌道微小衛(wèi)星位置矢量指向誤差效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]
【具體實(shí)施方式】一：本實(shí)施方式的本方法提出的太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置矢量計(jì) 算過(guò)程如圖1所示。
[0017] 步驟一、在已知由星載GPS輸出的微小衛(wèi)星在J2000坐標(biāo)系下的速度、位置， 以及格林尼治年、月、日信息與協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(Coordinate Universal Time)的前提 下，通過(guò)歲差轉(zhuǎn)換矩陣P和地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換矩陣R求得由J2000坐標(biāo)系到地心地固坐標(biāo)系 (Earth-Centered, Earth-Fixed Coordinate System，簡(jiǎn)稱(chēng)ECEF)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣W，進(jìn)而將 微小衛(wèi)星的速度、位置矢量在ECEF下表示出來(lái)；
[0018] 步驟二、根據(jù)微小衛(wèi)星在ECEF下的位置，利用反三角函數(shù)以及經(jīng)煒度象限條件求 得微小衛(wèi)星所在位置的地心經(jīng)度λ、地心煒度妒：
[0019] 步驟三、利用步驟二的結(jié)果，計(jì)算出積日Ν，日角Θ、太陽(yáng)赤煒角δ、太陽(yáng)時(shí)角τ、 地方時(shí)S d，進(jìn)而計(jì)算出太陽(yáng)高度角h、太陽(yáng)方位角A ;
[0020] 步驟四、利用步驟三求得的太陽(yáng)高度角h、太陽(yáng)方位角A，在已知太陽(yáng)相對(duì)于微小 衛(wèi)星的距離的前提下，將太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置在北東地坐標(biāo)系下表示出來(lái)；
[0021] 步驟五、利用步驟一中J2000坐標(biāo)系下微小衛(wèi)星的位置和速度信息，解算出北東 地坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系之間的夾角，利用夾角得到北東地坐標(biāo)系到軌道坐標(biāo)系之間的坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換矩陣，將在北東地坐標(biāo)系下表示的太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置在軌道坐標(biāo)系中表示出 來(lái)。
【具體實(shí)施方式】 [0022] 二：本實(shí)施方式與一不同的是：所述步驟一中：由 J2000坐標(biāo)系到ECEF坐標(biāo)系需進(jìn)行四次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，依次為歲差轉(zhuǎn)換，章動(dòng)轉(zhuǎn)換，地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換，地球極移轉(zhuǎn)換。本方法只考慮在由J2000坐標(biāo)系到ECEF坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中起決定性 作用的歲差轉(zhuǎn)換矩陣（記為P)，與地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換矩陣（記為R);
[0023] (一）求得儒略世紀(jì)數(shù)T :
[0024] 首先利用格林尼治年、月、日與UTC求取儒略日J(rèn)D :
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 太陽(yáng)相對(duì)近地軌道微小衛(wèi)星位置的確定方法，其特征在于它按以下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟一、已知由星載GPS輸出的微小衛(wèi)星在J2000坐標(biāo)系下的速度、位置，以及格林 尼治年、月、日信息與協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC，通過(guò)歲差轉(zhuǎn)換矩陣P和地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換矩陣R求得由 J2000坐標(biāo)系到ECEF的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣W，將微小衛(wèi)星的速度、位置矢量在ECEF下表示； 其中，所述J2000坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點(diǎn)0 12_位于地心，X 軸指向J2000.0 平春分點(diǎn)， ZJ2_軸向北，指向J2〇〇〇. 〇平赤道的極點(diǎn)，Y J2_軸與X J2_、YJ2_軸構(gòu)成右手系J2〇〇〇. 〇指 的是 2000 年 1 月 1 日 12 :00 :OOTDB ; ECEF坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點(diǎn)Oecef位于地心，在赤道面上并指向格林尼治子午線(xiàn)方向， Zecef軸垂直于赤道面指向北極，y EC；EF軸與X EC；EF軸、z EC；EF軸形成右手系； 步驟二、根據(jù)微小衛(wèi)星在ECEF下的位置，利用反三角函數(shù)以及經(jīng)煒度象限條件求得微 小衛(wèi)星所在位置的地心經(jīng)度λ、地心煒度，； 步驟三、利用步驟二的結(jié)果，計(jì)算出積日Ν，日角Θ、太陽(yáng)赤煒角δ、太陽(yáng)時(shí)角τ、地方 時(shí)Sd，進(jìn)而計(jì)算出太陽(yáng)高度角h、太陽(yáng)方位角A ; 步驟四、利用步驟三求得的太陽(yáng)高度角K太陽(yáng)方位角A，在已知太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星 的距離的前提下，將太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置在北東地坐標(biāo)系下表示； 步驟五、利用步驟一中J2000坐標(biāo)系下微小衛(wèi)星的位置和速度信息，解算出北東地坐 標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系之間的夾角，利用夾角得到北東地坐標(biāo)系到軌道坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 矩陣，將在北東地坐標(biāo)系下表示的太陽(yáng)相對(duì)于微小衛(wèi)星的位置在軌道坐標(biāo)系中表示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)相對(duì)近地軌道微小衛(wèi)星位置的確定方法，其特征在于步 驟一具體為： (一） 求得儒略世紀(jì)數(shù)T : 首先利用格林尼治年、月、日與UTC求取儒略日J(rèn)D :
其中，year，month，hour，minute，second分別為格林尼治年，月，日，小時(shí)，分鐘，秒；利 用儒略日求得儒略世紀(jì)數(shù)：
(二） 求取歲差轉(zhuǎn)換矩陣P與地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換矩陣R : 歲差轉(zhuǎn)換矩陣的求取： 二個(gè)歲差角ζΑ，ΘΑ，ζΑ的計(jì)算公式為： zA= 0· 011180860Τ+5. 308*10 _6Τ2+8· 9*10_