本發(fā)明涉及航天技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種星上高精度自主出入境方法。

背景技術(shù)：

在衛(wèi)星工程系統(tǒng)中，測控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)載火箭主動(dòng)段的測控支持，對(duì)衛(wèi)星實(shí)施測控及長期運(yùn)行管理，當(dāng)衛(wèi)星過境時(shí)，按要求向地面?zhèn)鬏斣歼b測數(shù)據(jù)，以及接收地面?zhèn)魉偷倪b控指令等。

由于地面站布置點(diǎn)和數(shù)量的限制，衛(wèi)星出入境的準(zhǔn)確性對(duì)任務(wù)的完成起著至關(guān)重要的作用。我們把地面站對(duì)衛(wèi)星由不可見變?yōu)榭梢姺Q之為入境，由可見變?yōu)椴豢梢姺Q之為出境，入境時(shí)刻與出境時(shí)刻組成的時(shí)間段稱之為過境弧段。

目前國內(nèi)衛(wèi)星主要采用上注星歷表的方式來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星出入境的判斷，星歷表是由地面測控系統(tǒng)根據(jù)軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)確定的，并由測控系統(tǒng)上行注入，星歷表內(nèi)包含多組出入境數(shù)據(jù)，通?？芍С侄嗵斓某鋈刖橙蝿?wù)。

但注入星歷表方式具有一定的預(yù)報(bào)誤差，且增加了地面測控網(wǎng)的壓力。一旦衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)所用的動(dòng)力學(xué)模型不準(zhǔn)確時(shí)(衛(wèi)星軌道過低導(dǎo)致的大氣阻力模型與實(shí)際誤差大，在軌發(fā)生軌控動(dòng)作)，會(huì)導(dǎo)致注入星歷表與衛(wèi)星實(shí)際出入境誤差較大，直接影響衛(wèi)星任務(wù)的成敗。

需要提出一種高精度自主出入境方法，以滿足衛(wèi)星的高精度自主出入境的判斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種星上高精度自主出入境方法，提高衛(wèi)星出入境的精度。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種星上高精度自主出入境方法，包括：通過衛(wèi)星在有效測控弧段的軌道數(shù)據(jù)，結(jié)合衛(wèi)星、地面測控站與地球之間的幾何關(guān)系，計(jì)算出有效測控弧段的條件，包括：TJ₁和TJ₂，其中TJ₁＝θ，TJ₂＝φ，θ為地面測控站與衛(wèi)星連線和地面測控站法線之間的夾角，φ為地面測控站與衛(wèi)星連線和地心與衛(wèi)星連線之間的夾角，TJ₁和TJ₂隨衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)間變化；

判斷t₁時(shí)刻，TJ₁(t₁)≤90°-β且TJ₂(t₁)≤ψ是否成立，其中β為地面測控站仰角，ψ為測控天線對(duì)地指向下的半錐角；

若成立，則判斷t₁+T_XZ時(shí)刻，TJ₁(t₁+T_XZ)≤90°-β且TJ₂(t₁+T_XZ)≤ψ是否成立，其中T_XZ為最短有效弧長時(shí)間；

若成立，則t₁時(shí)刻即為衛(wèi)星有效測控弧段起始時(shí)刻Ts，Ts＝t₁；判斷t₂時(shí)刻，TJ₁(t₂)＞90°-β或TJ₂(t₂)＞ψ是否成立；

若成立，則t₂時(shí)刻即為衛(wèi)星有效測控弧段結(jié)束時(shí)刻Te，Te＝t₂。

可選的，所述有效測控弧段時(shí)間起點(diǎn)Ts’＝Ts-n，n為加的時(shí)間余量。

可選的，進(jìn)行軌道短時(shí)外推來實(shí)現(xiàn)n。

可選的，

其中，R_facsat為地面測控站到衛(wèi)星的向量；R_sat84為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)輸出的衛(wèi)星在WGS-84坐標(biāo)系下的位置；R_facdl為地面測控站法向延長線與赤道面的交點(diǎn)到地面測控站的向量。

可選的，R_facsat＝R_sat84-R_fac，其中：

a＝6378137米，b＝6356752米，Latdx為地面測控站對(duì)應(yīng)的地心緯度，Alt為地面測控站的高程。

可選的，Latdx＝arctan(tan(Latdl)·(1-e²))，其中，Latdl為地面測控站對(duì)應(yīng)的地理緯度。

可選的，其中，Latdl為地面測控站對(duì)應(yīng)的地理緯度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，提出了一種適用于星上的高精度自主出入境方法，通過星上實(shí)時(shí)軌道數(shù)據(jù)判斷地面站與衛(wèi)星之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星高精度出入境判斷，提高衛(wèi)星的自主性，減輕地面測控網(wǎng)的壓力。

附圖說明

圖1為衛(wèi)星、地面測控站與地球之間的幾何關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的星上高精度自主出入境方法的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說明。

請(qǐng)參考圖1，為衛(wèi)星、地面測控站與地球之間的幾何關(guān)系圖。該關(guān)系圖為在WGS-84坐標(biāo)系下的圖。

其中，各參數(shù)定義如下：

Alt：地面測控站的高程，單位：米；

R_e：地球半徑向量，單位：米；

Latdl：地面測控站對(duì)應(yīng)的地理緯度，單位：度；

Latdx：地面測控站對(duì)應(yīng)的地心緯度，單位：度；

R_fac：地心到地面測控站的向量，單位：米；

R_facdl：地面測控站法向延長線與赤道面的交點(diǎn)到地面測控站的向量，單位：米；

R_sat84：GNSS接收機(jī)輸出的衛(wèi)星在WGS-84坐標(biāo)系下的位置，單位：米；

R_facsat：地面測控站到衛(wèi)星的向量，單位：米；

β：地面測控站仰角，單位：度；

θ：地面測控站與衛(wèi)星連線與地面測控站法線夾角，即衛(wèi)星是否在地面測控站仰角范圍內(nèi)判斷項(xiàng)，單位：度；

φ：地面測控站與衛(wèi)星連線與地心與衛(wèi)星連線的夾角，即衛(wèi)星是否在衛(wèi)星測控天線波束范圍內(nèi)判斷項(xiàng)，單位：度；

ψ：測控天線對(duì)地指向下的半錐角，單位：度。

進(jìn)行星上高精度自主出入境方法的計(jì)算包括兩個(gè)部分：地面計(jì)算部分以及星上計(jì)算部分。

地面計(jì)算包括對(duì)地面測控站與地球之間的對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)，包括：Latdx、R_fac，R_facdl。

首先計(jì)算Latdx，由于Latdl是一個(gè)固定的已知參數(shù)，可以通過Latdl獲得Latdx的數(shù)值：

Latdx＝arctan(tan(Latdl)·(1-e²))。

然后再計(jì)算R_fac，考慮到地面測控站高程與地球半徑相比為小量，可令R_fac近似等于具體計(jì)算公式為：

其中，a＝6378137米，b＝6356752米，從而獲得R_fac的數(shù)值。

進(jìn)一步計(jì)算R_facdl，

其中，

通過上述地面計(jì)算，可以獲得地面測控站的位置參數(shù)。

星上計(jì)算部分主要用于獲取有效弧段的判斷條件，并通過判斷該條件獲取測控弧段時(shí)間起點(diǎn)和終點(diǎn)。

測控弧段時(shí)間起點(diǎn)計(jì)算包括：

首先，計(jì)算地面測控站到衛(wèi)星之間的向量R_facsat，根據(jù)圖1，R_facsat＝R_sat84-R_fac，其中R_sat84可由衛(wèi)星GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))接收器獲取。

計(jì)算出測控弧段條件：

衛(wèi)星在不同時(shí)間，GNSS接收機(jī)輸出的WGS-84坐標(biāo)系下的位置R_sat84不同，從而可以獲取與時(shí)間相關(guān)的TJ₁和TJ₂。

在t₁時(shí)刻時(shí)，可以獲得TJ₁(t₁)和TJ₂(t₁)，依次作為判斷參數(shù)。判斷TJ₁(t₁)≤90°-β且TJ₂(t₁)≤ψ是否成立。

若成立，則計(jì)算以下參數(shù)：

i)計(jì)算Txz后的衛(wèi)星位置

利用t₁時(shí)刻的GNSS接收機(jī)輸出的WGS-84坐標(biāo)系下的位置進(jìn)行短時(shí)外推，得出t₁+Txz時(shí)刻的WGS-84坐標(biāo)系下位置為R_sat84Txz，其中，Txz為最短有效弧長時(shí)間，單位為秒。

ii)計(jì)算R_facsatTxz，具體的，R_facsatTxz＝R_sat84Txz-R_fac

由以上計(jì)算得到的參數(shù)，可以獲得t₁+Txz時(shí)刻的TJ₁(t₁+T_XZ)與TJ₂(t₁+T_XZ)。

判斷t₁+T_XZ時(shí)刻，TJ₁(t₁+T_XZ)≤90°-β且TJ₂(t₁+T_XZ)≤ψ是否成立，若成立，則可以確定t₁時(shí)刻即為有效測控弧段起始時(shí)刻Ts，Ts＝t₁。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，考慮擴(kuò)大可視弧段范圍，可以取測控弧段時(shí)間起點(diǎn)Ts’＝Ts-n，n為加的時(shí)間余量，單位為秒，可以通過進(jìn)行軌道短時(shí)外推來實(shí)現(xiàn)n。

測控弧段時(shí)間終點(diǎn)計(jì)算包括：

在t₂時(shí)刻時(shí)，可以獲得TJ₁(t₂)和TJ₂(t₂)，判斷TJ₁(t₂)＞90°-β或TJ₂(t₂)＞ψ是否成立。

若成立，則t₂時(shí)刻即為衛(wèi)星有效測控弧段結(jié)束時(shí)刻Te，Te＝t₂。

通過上述方法可以準(zhǔn)確計(jì)算獲得有效測控弧段的起始和結(jié)束時(shí)刻，提高了出入境計(jì)算的精度及自主性，降低了地面測控網(wǎng)的壓力。

上述計(jì)算均可以通過衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行計(jì)算，數(shù)據(jù)處理中心實(shí)時(shí)獲取衛(wèi)星GNSS接收機(jī)輸出的WGS-84坐標(biāo)系下的位置，通過計(jì)算對(duì)當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星的出入境進(jìn)行自主精確判斷。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。