基于人造卫星的星光定位导航方法技术

本发明专利技术涉及基于人造卫星的星光定位导航方法，首先采用星敏感器观测空间中三颗卫星，根据卫星星历获得所观测三颗卫星的位置坐标，并计算任意两颗卫星的相对距离；采用星敏感器测量三颗卫星相对星敏感器的单位方向矢量，并计算任意两颗卫星相对星敏感器的张角；计算星敏感器与每颗卫星之间的相对距离；根据三颗卫星位置坐标以及星敏感器与每颗卫星之间的相对距离，计算出星敏感器位置，即实现了飞行器的自主定位。本发明专利技术将星敏感器功能进行扩展，在传统实现自主定姿的基础上，实现了自主定位，不增加额外设备，不占用额外空间，具有很高的经济性。的经济性。的经济性。

【技术实现步骤摘要】
基于人造卫星的星光定位导航方法


[0001]本专利技术属于导航领域，涉及一种基于人造卫星的星光定位导航方法。

技术介绍

[0002]基于捷联惯性测量组合和星敏感器的“惯性+星光”复合导航方式综合了两种导航方式的优点,可以实现自主导航的高动态和高精度。星敏感器是一种体积小、重量轻、可靠性高，基于可见光成像原理工作的设备。传统星光导航是利用星敏感器对恒星进行测量，确定载体飞行姿态。虽然获取了很高精度的姿态信息，但无法实现对载体位置信息的测量，星光制导的应用因此有很大局限性。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于人造卫星的星光定位导航方法。
[0004]本专利技术解决技术的方案是：
[0005]基于人造卫星的星光定位导航方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：采用星敏感器观测空间中三颗卫星，根据卫星星历获得所观测三颗卫星的位置坐标，并计算任意两颗卫星的相对距离；
[0007]步骤2：采用星敏感器测量三颗卫星相对星敏感器的单位方向矢量，并计算任意两颗卫星相对星敏感器的张角；
[0008]步骤3：根据任意两颗卫星间的相对距离及相对星敏感器的张角，计算星敏感器与每颗卫星之间的相对距离；
[0009]步骤4：根据三颗卫星位置坐标以及星敏感器与每颗卫星之间的相对距离，计算出星敏感器位置，即实现了飞行器的自主定位。
[0010]所述步骤1中，设采用星敏感器观测到空间中三颗卫星T1、T2、T3，通过卫星测轨建立的卫星星历数据库获取三颗卫星位置坐标为T
xyz
[1]、T
xyz
[2]、T
xyz
[3]，
[0011]T
xyz
[1]＝[x
T1 y
T1 z
T1
]T
[0012]T
xyz
[2]＝[x
T2 y
T2 z
T2
]T
[0013]T
xyz
[3]＝[x
T3 y
T3 z
T3
]T
。
[0014]利用如下公式计算三颗卫星中任意两颗卫星的相对距离：
[0015]p＝|T
xyz
[2]‑
T
xyz
[1]|
[0016]q＝|T
xyz
[3]‑
T
xyz
[2]|
[0017]r＝|T
xyz
[1]‑
T
xyz
[3]|
[0018]其中，p为卫星T1与卫星T2之间的相对距离；q为卫星T2与卫星T3之间的相对距离；r为卫星T1与卫星T3之间的相对距离。
[0019]所述步骤2的实现方式如下：
[0020]采用星敏感器测量三颗卫星T1、T2、T3相对星敏感器的单位方向矢量采用星敏感器测量三颗卫星T1、T2、T3相对星敏感器的单位方向矢量
并计算每两颗卫星相对星敏感器的张角：
[0021][0022][0023][0024]其中，A为卫星T1与T2相对星敏感器的张角，B为卫星T2与T3相对星敏感器的张角，C为卫星T1与T3相对星敏感器的张角，星敏感器记为O。
[0025]所述步骤3的实现方式如下：
[0026]通过如下数学模型计算星敏感器与每颗卫星之间的相对距离：
[0027]a2+b2‑
2a*b*cos A＝p2[0028]b2+c2‑
2b*c*cos B＝q2[0029]c2+a2‑
2c*a*cos C＝r2[0030]其中，a为星敏感器与卫星T1之间的相对距离；b为星敏感器与卫星T2之间的相对距离；c为星敏感器与卫星T3之间的相对距离；
[0031]p为卫星T1与卫星T2之间的相对距离；q为卫星T2与卫星T3之间的相对距离；r为卫星T1与卫星T3之间的相对距离；
[0032]A为卫星T1与T2相对星敏感器的张角，B为卫星T2与T3相对星敏感器的张角，C为卫星T1与T3相对星敏感器的张角。
[0033]所述步骤4的实现方式如下：
[0034]星敏感器位置表示为[x
c y
c z
c
]T
，
[0035]星敏感器与卫星T1之间的相对距离a表示为
[0036](x
c
‑
x
T1
)2+(y
c
‑
y
T1
)2+(z
c
‑
z
T1
)2＝a2[0037]星敏感器与卫星T2之间的相对距离b表示为
[0038](x
c
‑
x
T2
)2+(y
c
‑
y
T2
)2+(z
c
‑
z
T2
)2＝b2[0039]星敏感器与卫星T3之间的相对距离c表示为
[0040](x
c
‑
x
T3
)2+(y
c
‑
y
T3
)2+(z
c
‑
z
T3
)2＝c2[0041]联立上述三个式子，求解得到星敏感器位置[x
c y
c z
c
]T
；
[0042]x
T1
,y
T1
,z
T1
为卫星T1的位置坐标，x
T2
,y
T2
,z
T2
为卫星T2的位置坐标，x
T3
,y
T3
,z
T3
为卫星T3的位置坐标。
[0043]所述星敏感器与飞行器捷联安装。
[0044]当空间中有N颗卫星能够被星敏感器观测时，N>3，选择三颗观测卫星的原则如下：
[0045]从能够被星敏感器观测的N颗卫星中任选三颗卫星，共有组选择方案；
[0046]对于每一组选择方案，计算三颗卫星相对星敏感器的平均张角D；
[0047]利用如下公式计算位置几何精度因子PDOP：
[0048][0049]从所有选择方案中，选择使PDOP最小的选择方案对应的三颗卫星作为观测卫星。
[0050]三颗卫星相对星敏感器的平均张角其中A、B、C分别为任意两颗卫星相对星敏感器的张角。
[0051]本专利技术可以极大提高长时飞行飞行器自主导航精度，对于采用星光制导设备的飞行器不需要额外的硬件改动，通过观测卫星自主获取高精度位置导航信息。其具体有益效果有：
[0052](1)将星敏感器功能进行扩展，在传统实现自主定姿的基础上，实现了自主定位，不增加额外设备，不占用额外空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
其中，a为星敏感器与卫星T1之间的相对距离；b为星敏感器与卫星T2之间的相对距离；c为星敏感器与卫星T3之间的相对距离；p为卫星T1与卫星T2之间的相对距离；q为卫星T2与卫星T3之间的相对距离；r为卫星T1与卫星T3之间的相对距离；A为卫星T1与T2相对星敏感器的张角，B为卫星T2与T3相对星敏感器的张角，C为卫星T1与T3相对星敏感器的张角。6.根据权利要求1所述的基于人造卫星的星光定位导航方法，其特征在于，所述步骤4的实现方式如下：星敏感器位置表示为[x
c y
c z
c
]
T
，星敏感器与卫星T1之间的相对距离a表示为(x
c
‑
x
T1
)2+(y
c
‑
y
T1
)2+(z
c
‑
z
T1
)2＝a2星敏感器与卫星T2之间的相对距离b表示为(x
c
‑
x
T2
)2+(y
c
‑
y
T2
)2+(z
c
‑
z
T2
)2＝b2星敏感器与卫星T3之间的相对距离c表示为(x
c
‑
x
T3
)2+(y
c
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：闵昌万，武斌，郭振西，郑榕，李萌萌，杨明，季登高，
申请(专利权)人：北京临近空间飞行器系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：