短弧段批处理卫星自主定轨方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种短弧段批处理卫星自主定轨方法及装置，该方法包括：采集当前观测弧段的GNSS观测数据，获得整个所述观测弧段的无粗差星间单差观测数据；积分预报所述观测弧段所有观测时刻的卫星状态信息；采用批处理方法迭代估计卫星状态信息；基于迭代估计的所述卫星状态信息计算验后残差和，并基于所述验后残差和判断所述迭代估计的敛散性，如果判断结果为收敛则执行步骤S15；积分预报下一观测弧段的卫星状态信息；根据所述GNSS观测数据计算接收机钟差，统计预报下一观测弧段的接收机钟差；将所述下一观测弧段的接收机钟差置入导航信号跟踪环路，并进入下一观测弧段。本发明专利技术提供的方法能够满足中低高卫星的轨道精度需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星测控
，具体涉及一种基于星载全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)观测数据的短弧段批处理卫星自主定轨方法及装置。
技术介绍
卫星自主轨道确定技术，简称卫星自主定轨，是指卫星不依赖于地面支持，而完全基于自载仪器设备，实时地确定自身位置和速度的技术。目前能够实现自主定轨的系统有三种：一是惯性导航系统。该系统具有隐蔽性强，自主性好等优点，缺点是随着卫星的长时间运行，系统误差不断积累，导致定位精度越来越差；二是天文定轨系统。该系统的缺点在于受限于天体的可见性；三是GNSS。该系统通过测量用户星与导航星之间的伪距或载波相位以及它们的变化率来确定用户星的位置和速度。与前两个系统相比，GNSS具有精度高，成本低，设备轻便等特点，已在低轨道卫星上得到了广泛的应用。目前，在低轨卫星上广泛应用的卫星自主定轨方法主要有几何学轨道确定方法、基于几何法实时定轨结果的动力学滤波算法和基于伪距观测数据的滤波算法。前两种方法在可视导航卫星数不足四颗的情况下均无法完成自主定轨，第三种方法在可视导航卫星数长期不足四颗时定轨效果也十分不理想。由于GNSS卫星均分布在中等高度的卫星轨道上，导航信号发射天线向地面方向发射，导致了中高轨卫星仅能接收来自地球对面的导航信号，首先，由于这种情况信号强度低，观测质量差，可视导航卫星数长期不足四颗，因此这些较差的观测条件限制了GNSS技术在中高轨卫星测控领域中的应用。其次，卫星为了完成一定的科学任务，需要具有三轴姿态大角度敏捷机动能力。在机动情况下，GNSS接收机可观测导航卫星数时常不足四颗，不能保证一直定位。最后，卫星工作时需要调整通信天线以对准中继卫星，完成数据传输等任务。在调整天线指向时，可能会对GNSS天线产生物理遮挡，影响GNSS接收机跟踪捕获的导航卫星数。综上所述，现有的卫星自主定轨方法适用范围有限，不适用于观测条件较差的卫星，无法满足中高轨卫星和快速机动卫星的自主定轨需求。
技术实现思路
有鉴于此，为克服上述至少一个缺点，并提供下述至少一种优点。本专利技术公开了一种短弧段批处理卫星自主定轨方法及装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种短弧段批处理卫星自主定轨方法，包括：步骤S11、采集当前观测弧段的GNSS观测数据，并基于所述GNSS观测数据获得整个所述观测弧段的无粗差星间单差观测数据；步骤S12、以所述观测弧段终点时刻预报的卫星状态信息为先验信息，积分预报所述观测弧段所有观测时刻的卫星状态信息；步骤S13、基于所述无粗差星间单差观测数据和积分预报的所述卫星状态信息，采用批处理方法迭代估计卫星状态信息；步骤S14、基于迭代估计的所述卫星状态信息计算验后残差和，并基于所述验后残差和判断所述迭代估计的敛散性，如果判断结果为收敛则执行步骤S15；步骤S15、基于所述迭代估计的卫星状态信息积分预报下一观测弧段的卫星状态信息；步骤S16、根据所述GNSS观测数据计算接收机钟差，统计预报下一观测弧段的接收机钟差；步骤S17、将所述下一观测弧段的接收机钟差置入导航信号跟踪环路，并进入下一观测弧段，执行步骤S11-S17。如上所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，在一种可能的实现方式中，所述步骤S12中基于式(5)计算所述观测弧段所有观测时刻的卫星状态信息：Zi=h(X0,Ti)|X0=X0ref+∂h(X0,Ti)∂X0|X0=X0ref(X0-X0ref)+ϵi=g(Xi)|Xi=Int(X0ref,Ti)+∂g(Xi)∂Xi∂Xi∂X0|Xi=Int(X0ref,Ti),X0=X0ref(X0-X0ref)+ϵi---(5)]]>其中，Zi表示第i个观测时刻的观测数据，Ti表示第i个观测时刻与所述当前弧段起点时刻的时间差，X0表示所述当前观测弧段终点时刻的卫星的状态信息，X0ref表示参考初始状态信息，g(Xi)及h(X0,Ti)表示第i个观测时刻根据预报的卫星状态信息计算出的观测数据，εi为第i个观测时刻的观测噪声。如上所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，在一种可能的实现方式中，所述步骤S13中基于式(8)迭代估计卫星状态信息：X^0j+1=(Σi=1NHiT(Ri)-1Hi)-1(Σi=1NHiT(Ri)-1yi)+(X0ref)j---(8)]]>其中，表示第j+1次迭代估计的卫星初始状态信息，表示第j次迭代估计的卫星初始状态信息，E(εiTεi)＝Ri，yi=Zi-g‾i.]]>如上所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，在一种可能的实现方式中，所述步骤S14中基于式(9)计算验后残差和：Uj+1=(X^0-(X0ref)j)T(Σi=1NHiT(Ri)-1Hi)(X^0-(X0ref)i)---(9)]]>其中，Uj+1表示第j+1次迭代估计的验后残差和。如上所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，在一种可能的实现方式中，所述卫星状态信息包括卫星轨道信息，或所述卫星轨道信息和动力学参数，所述动力学参数包括大气阻力参数和太阳光压系数。如上所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，在一种可能的实现方式中，所述基于所述GNSS观测数据获得整个所述弧段的无粗差的星间单差观测数据包括：基于所述GNSS观测数据生成整个所述观测弧段的星间单差观测数据；根据所预报的卫星的轨道信息对所述星间单差观测数据进行粗差探测和剔除，得到无粗差的星间单差观测数据。一种短弧段批处理卫星自主定轨装置，包括：采集模块，用于采集当前观测弧段的GNSS观测数据，并基于所述GNSS观测数据获得整个所述观测弧段的无粗差星间单差观测数据；第一积分预报模块，用于以所述观测弧段终点时刻预报的卫星状态信息为先验信息，积分预报所述观测弧段所有观测时刻的卫星状态信息；迭代估计模块，用于基于所述无粗差星间单差观测数据和积分预报的所述卫星状态信息，采用批处理方法迭代估计卫星状态信息；判断模块，用于基于迭代估计的所述卫星状态信息计算验后残差和，并基于所述验后残差和判断所述迭代估计的敛散性；第二积分预报模块，用于在所述判断模块的判断结果为收敛时基于所述迭代估计的卫星状态信息积分预报下一观测弧段的卫星状态信息；钟差计算模块，用于根据所述GNSS观测数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短弧段批处理卫星自主定轨方法，其特征在于，包括：步骤S11、采集当前观测弧段的GNSS观测数据，并基于所述GNSS观测数据获得整个所述观测弧段的无粗差星间单差观测数据；步骤S12、以所述观测弧段终点时刻预报的卫星状态信息为先验信息，积分预报所述观测弧段所有观测时刻的卫星状态信息；步骤S13、基于所述无粗差星间单差观测数据和积分预报的所述卫星状态信息，采用批处理方法迭代估计卫星状态信息；步骤S14、基于迭代估计的所述卫星状态信息计算验后残差和，并基于所述验后残差和判断所述迭代估计的敛散性，如果判断结果为收敛则执行步骤S15；步骤S15、基于所述迭代估计的卫星状态信息积分预报下一观测弧段的卫星状态信息；步骤S16、根据所述GNSS观测数据计算接收机钟差，统计预报下一观测弧段的接收机钟差；步骤S17、将所述下一观测弧段的接收机钟差置入导航信号跟踪环路，并进入下一观测弧段，执行步骤S11‑S17。

【技术特征摘要】
1.一种短弧段批处理卫星自主定轨方法，其特征在于，包括：
步骤S11、采集当前观测弧段的GNSS观测数据，并基于所述GNSS观测
数据获得整个所述观测弧段的无粗差星间单差观测数据；
步骤S12、以所述观测弧段终点时刻预报的卫星状态信息为先验信息，积
分预报所述观测弧段所有观测时刻的卫星状态信息；
步骤S13、基于所述无粗差星间单差观测数据和积分预报的所述卫星状态
信息，采用批处理方法迭代估计卫星状态信息；
步骤S14、基于迭代估计的所述卫星状态信息计算验后残差和，并基于所
述验后残差和判断所述迭代估计的敛散性，如果判断结果为收敛则执行步骤
S15；
步骤S15、基于所述迭代估计的卫星状态信息积分预报下一观测弧段的卫
星状态信息；
步骤S16、根据所述GNSS观测数据计算接收机钟差，统计预报下一观测
弧段的接收机钟差；
步骤S17、将所述下一观测弧段的接收机钟差置入导航信号跟踪环路，并
进入下一观测弧段，执行步骤S11-S17。
2.如权利要求1所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，其特征在于，所
述步骤S12中基于式(5)计算所述观测弧段所有观测时刻的卫星状态信息：
Zi=h(X0,Ti)|X0=X0ref+∂h(X0,Ti)∂X0|X0=X0ref(X0-X0ref)+ϵi=g(Xi)|Xi=Int(X0ref,Ti)+∂g(Xi)∂Xi∂Xi∂X0|Xi=Int(X0ref,Ti),X0=X0ref(X0-X0ref)+ϵi---(5)]]>其中，Zi表示第i个观测时刻的观测数据，Ti表示第i个观测时刻与所述当
前弧段起点时刻的时间差，X0表示所述当前观测弧段终点时刻的卫星的状态信

\t息，X0ref表示参考初始状态信息，g(Xi)及h(X0,Ti)表示第i个观测时刻根据预报
的卫星状态信息计算出的观测数据，εi为第i个观测时刻的观测噪声。
3.如权利要求2所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，其特征在于，所
述步骤S13中基于式(8)迭代估计卫星状态信息：
X^0j+1=(Σi=1NHiT(Ri)-1)-1(Σi=1NHiT(Ri)-1yi)+(X0ref)j---(8)]]>其中，表示第j+1次迭代估计的卫星初始状态信息，表示第j次
迭代估计的卫星初始状态信息，E(εiTεi)＝Ri，
yi=Zi-g-i.]]>4.如权利要求3所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，其特征在于，所
述步骤S14中基于式(9)计算验后残差和：
Uj+1=(X^0-(X0ref)j)T(Σi=1NHiT(Ri)-1Hi)(X^0-(X0ref)i)---(9)]]>其中，Uj+1表示第j+1次迭代估计的验后残差和。
5.如权利要求1所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，其特征在于，所
述卫星状态信息包括卫星轨道信息，或所述卫星轨道信息和动力学参数，所述
动力学参数包括大气阻力参数和太阳光压系数。
6.如权利要求1所述的短弧段批处理卫星自主定轨方法，其特征在于，所
述基于G...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐其超，王杰，袁云贺，师林，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11