基于天文导航的星间链路自主导航方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于天文导航的星间链路自主导航方法及系统，包括：利用天文导航获取卫星惯性系位置，并结合他星星历得到卫星建链惯性系指向向量；利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵，并结合卫星姿态，获得卫星惯性系到本体系转换矩阵；根据链路相位中心本体系坐标、链路安装矩阵及所述惯性系到本体系转换矩阵，将所述卫星建链惯性系指向向量转换为链路坐标系下建链指向向量；基于所述链路坐标系下建链指向向量，计算链路坐标系下目标转动角度，并进行链路指向姿态调整，以执行基于天文导航信息的星间链路自主建链。利用星间自主建链实时获取的星间观测信息，实时更新星间链路导航信息，实现星间链路自主导航。

【技术实现步骤摘要】
基于天文导航的星间链路自主导航方法及系统
本专利技术涉及卫星导航
，特别涉及一种基于天文导航的星间链路自主导航方法及系统。
技术介绍
为使导航卫星真正具备自主运行能力，除提升自主导航精度，使卫星具备自主播发高精度时空基准的能力外，还需使卫星具备长期稳定运行及故障恢复的能力。由于星间链路算法为半自主导航算法，稳定性较差，因而急需开展提升算法稳定运行能力的方法研究。但目前还未有成熟有效的解决方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于天文导航的星间链路自主导航方法及系统，以解决现有的星间链路算法稳定性较差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于天文导航的星间链路自主导航方法，包括：利用天文导航获取卫星惯性系位置信息，利用所述卫星惯性系位置信息及他星星历得到卫星建链惯性系指向向量；利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息，并将所述惯性系到卫星轨道系转换矩阵结合卫星姿态信息，计算获得卫星惯性系到本体系转换矩阵；根据链路相位中心本体系坐标、链路本体系下安装矩阵及所述惯性系到本体系转换矩阵，将所述卫星建链惯性系指向向量转换为链路坐标系下建链指向向量；基于所述链路坐标系下建链指向向量，计算链路坐标系下目标转动角度，基于所述链路坐标系下目标转动角度进行链路指向姿态调整，以执行基于天文导航的卫星星间链路自主建链；通过所述卫星星间链路自主建链实时获取星间观测信息；根据星间观测信息实时更新星间链路导航信息，实现星间链路自主导航。r>可选的，在所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法中，利用天文导航获取卫星惯性系位置信息，利用所述卫星惯性系位置信息及他星星历得到卫星建链惯性系指向向量包括：基于星间建链规划表确定与本星建链的星座他星，利用天文导航确定卫星惯性系位置信息利用他星星历预报得到建链他星惯性系位置信息计算卫星建链惯性系指向向量PAi：可选的，在所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法中，利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息，并将所述惯性系到卫星轨道系转换矩阵结合卫星姿态信息，计算获得卫星惯性系到本体系转换矩阵包括：利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息Roi：可选的，在所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法中，利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息，并将所述惯性系到卫星轨道系转换矩阵结合卫星姿态信息，计算获得卫星惯性系到本体系转换矩阵还包括：结合卫星姿态信息获得卫星惯性系到本体系的转换矩阵Rbi：其中，θ，ψ分别为卫星三轴姿态角信息。可选的，在所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法中，根据链路相位中心本体系坐标、链路本体系下安装矩阵及所述惯性系到本体系转换矩阵，将所述卫星建链惯性系指向向量转换为链路坐标系下建链指向向量包括：根据链路相位中心本体系坐标PLb，链路本体系下安装矩阵RLb及惯性系到本体系转换矩阵Rbi，将所述卫星建链惯性系指向向量PAi转换为链路坐标系下建链指向向量PAL：PAL＝RLb(RbiPAi-PLb)(4)。可选的，在所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法中，基于所述链路坐标系下建链指向向量，计算链路坐标系下目标转动角度，基于所述链路坐标系下目标转动角度进行链路指向姿态调整，以执行基于天文导航的卫星星间链路自主建链包括：基于链路坐标系下建链指向向量PAL，计算链路坐标系下的目标转动角度(Ei,Az)：其中，PAL＝(xAL,yAL,zAL)为建链指向向量的三轴坐标，(Ei,Az)为链路指向俯仰角与方位角。可选的，在所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法中，所述利用天文导航获取卫星惯性系位置信息包括：通过卫星动力学模型计算卫星轨道的一步预报信息；通过星敏感器与地球敏感器采集信息生成天文导航观测信息；将所述一步预报信息与所述天文导航观测信息引入滤波器，优化得到卫星实时卫星位置速度信息。可选的，在所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法中，所述天文导航观测信息包括：星敏感器通过在电荷耦合器件上采集主星星点坐标，计算得到恒星在星敏坐标系下的单位矢量；利用星敏坐标系到本体系的姿态转换矩阵，将恒星在星敏坐标系下的单位矢量转化为在本体系下的恒星单位矢量；通过地球敏感器观测得到地敏坐标系下单位地心矢量，计算本体坐标系下单位地心矢量；根据得到的本体系下的恒星单位矢量与本体系下单位地心矢量，计算观测量星光角距：其中，是卫星本体坐标系下的单位恒星矢量表示，是卫星本体坐标系下单位地心矢量，as为星光角距观测信息。可选的，在所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法中，所述滤波器为扩展卡尔曼滤波器，所述滤波器状态方程及观测方程表示为：状态方程：其中，rsat为卫星惯性系位置向量，vsat为卫星惯性系速度向量，asat为卫星惯性系加速度向量，wrsat为卫星位置向量过程噪声信息，wvsat为卫星速度向量过程噪声信息，wrsat，wvsat均可视为零均值白噪声向量；观测方程为：式中，是惯性坐标系下的单位恒星矢量表示，υ为观测白噪声。本专利技术还提供一种基于天文导航的星间链路自主导航系统，包括：卫星建链指向模块，被配置为利用天文导航获取卫星惯性系位置信息，利用所述卫星惯性系位置信息及他星星历得到卫星建链惯性系指向向量；姿态矩阵转换模块，被配置为利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息，并将所述惯性系到卫星轨道系转换矩阵结合卫星姿态信息，计算获得卫星惯性系到本体系转换矩阵；链路指向模块，被配置为根据链路相位中心本体系坐标、链路本体系下安装矩阵及所述惯性系到本体系转换矩阵，将所述卫星建链惯性系指向向量转换为链路坐标系下建链指向向量；姿态调整模块，被配置为基于所述链路坐标系下建链指向向量，计算链路坐标系下目标转动角度，基于所述链路坐标系下目标转动角度进行链路指向姿态调整，以执行基于天文导航的卫星星间链路自主建链；星间观测模块，被配置为通过所述卫星星间链路自主建链实时获取星间观测信息；星间链路导航模块，被配置为根据星间观测信息实时更新星间链路导航信息，实现星间链路自主导航。在本专利技术提供的基于天文导航的星间链路自主导航方法及系统中，利用天文导航算法极高的稳定性与完全自主性，通过天文导航自主稳定获取卫星惯性系位置信息，而后分别结合他星星历及卫星姿态信息得到卫星建链惯性系指向向量和卫星惯性系到本体系转换矩阵，然后根据所述惯性系到本体系转换矩阵及链路相位中心坐标、链路安装矩阵信息，将所述卫星建链惯性系指向向量转换为链路坐标系下建链指向向量，计算链路坐标系下目标转动角度并进行链路指向姿态调整，实现了卫星星间链路长时间自主稳定建链并最终实现星间链路自主导航算法稳定运行。附图说明图1是本专利技术一实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于天文导航的星间链路自主导航方法，其特征在于，包括：/n利用天文导航获取卫星惯性系位置信息，利用所述卫星惯性系位置及他星星历得到卫星建链惯性系指向向量；/n利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息，并将所述惯性系到卫星轨道系转换矩阵结合卫星姿态信息，计算获得卫星惯性系到本体系转换矩阵；/n根据链路相位中心本体系坐标、链路本体系下安装矩阵及所述惯性系到本体系转换矩阵，将所述卫星建链惯性系指向向量转换为链路坐标系下建链指向向量；/n基于所述链路坐标系下建链指向向量，计算链路坐标系下目标转动角度，基于所述链路坐标系下目标转动角度进行链路指向姿态调整，以执行基于天文导航的卫星星间链路自主建链；/n通过所述卫星星间链路自主建链实时获取星间观测信息；/n根据星间观测信息实时更新星间链路导航信息，实现星间链路自主导航。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于天文导航的星间链路自主导航方法，其特征在于，包括：
利用天文导航获取卫星惯性系位置信息，利用所述卫星惯性系位置及他星星历得到卫星建链惯性系指向向量；
利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息，并将所述惯性系到卫星轨道系转换矩阵结合卫星姿态信息，计算获得卫星惯性系到本体系转换矩阵；
根据链路相位中心本体系坐标、链路本体系下安装矩阵及所述惯性系到本体系转换矩阵，将所述卫星建链惯性系指向向量转换为链路坐标系下建链指向向量；
基于所述链路坐标系下建链指向向量，计算链路坐标系下目标转动角度，基于所述链路坐标系下目标转动角度进行链路指向姿态调整，以执行基于天文导航的卫星星间链路自主建链；
通过所述卫星星间链路自主建链实时获取星间观测信息；
根据星间观测信息实时更新星间链路导航信息，实现星间链路自主导航。


2.如权利要求1所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法，其特征在于，利用天文导航获取卫星惯性系位置信息，利用所述卫星惯性系位置信息及他星星历得到卫星建链惯性系指向向量包括：
基于星间建链规划表确定与本星建链的星座他星，利用天文导航确定卫星惯性系位置信息利用他星星历预报得到建链他星惯性系位置信息计算卫星建链惯性系指向向量PAi：





3.如权利要求2所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法，其特征在于，利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息，并将所述惯性系到卫星轨道系转换矩阵结合卫星姿态信息，计算获得卫星惯性系到本体系转换矩阵包括：
利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息Roi：





4.如权利要求3所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法，其特征在于，利用天文导航获取惯性系到卫星轨道系转换矩阵信息，并将所述惯性系到卫星轨道系转换矩阵结合卫星姿态信息，计算获得卫星惯性系到本体系转换矩阵还包括：
结合卫星姿态信息获得卫星惯性系到本体系的转换矩阵Rbi：



其中，θ，ψ分别为卫星三轴姿态角信息。


5.如权利要求4所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法，其特征在于，根据链路相位中心本体系坐标、链路本体系下安装矩阵及所述惯性系到本体系转换矩阵，将所述卫星建链惯性系指向向量转换为链路坐标系下建链指向向量包括：
根据链路相位中心本体系坐标PLb，链路本体系下安装矩阵RLb及惯性系到本体系转换矩阵Rbi，将所述卫星建链惯性系指向向量PAi转换为链路坐标系下建链指向向量PAL：
PAL＝RLb(RbiPAi-PLb)(4)。


6.如权利要求5所述的基于天文导航的星间链路自主导航方法，其特征在于，基于所述链路坐标系下建链指向向量，计算链路坐标系下目标转动角度，基于所述链路坐标系下目标转动角度进行链路指向姿态调整，以执行基于天文导航的卫星星间链路自主建链包括：
基于链路坐标系下建链指向向量PAL，计算链路坐标系下的目标转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：林夏，林宝军，刘迎春，白涛，武国强，姜松，王申，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31