基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法技术

本发明专利技术涉及基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航
，具体涉及一种基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法
。

技术介绍

[0002]导航星座可基于星间测量通信进行自主导航，但是星间测量会导致星座自主定轨过程中存在秩亏，即系统生成的导航电文相对地心地固坐标系会发生整体旋转
。
对此，有学者在文献资料中提出过增加地面锚固站参与自主定轨以约束星座的整体旋转，但此法一般是对星地测量作为所有测量资料的一部分，给出卫星自主定轨的原理和仿真验证结果，不具普遍性
。
[0003]导航星座在自主运行过程中，由于仅星间链路测量导致星座相对惯性空间存在整体旋转且地球定向参数
EOP
随时间预报误差增大，会导致导航服务精度和自主运行时长下降
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为解决导航星座自主运行过程中仅星间测量导致测量方程秩亏且地球定向参数
EOP
预报误差随时间增大不能有效约束星座旋转的问题，本专利技术提出一种基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法，基于卫星和锚固站的星地定向测量，对星座内卫星进行对地球地固系实时定向解算，解决星座相对地球地固坐标系的旋转问题，提升星座自主运行时长和服务精度
。
[0005]本专利技术实施例提供一种基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法，所述方法包括：
[0006]S1
，获取由星间测距确定的星座内各卫星在地固坐标系的位置；r/>[0007]S2
，获取各卫星与锚固站之间的星地测距数据；
[0008]S3
，根据所述
S1
和所述
S2
获取到的数据构建全星座定向观测方程；
[0009]S4
，根据所述全星座定向观测方程迭代求解任意给定采样时刻的星座对地定向旋转矩阵；
[0010]S5
，根据连续观测一段时间的所述定向旋转矩阵的旋转角度输出的均值确定设定修正弧段的多个旋转修正矩阵并进行均化处理，消除单一采样时刻观测不均匀导致的星座旋转修正不合理，获得符合全星座最优的修正矩阵；
[0011]S6
，根据所述修正矩阵作为预报信息实时修正计算未来一段时间内星座内各卫星在地固坐标系中的坐标
。
[0012]在本专利技术的优选实施例中，所述
S1
包括：
[0013]设星座基于星间链路完成自主定轨，星座卫星数量为
n
，卫星编号记为1～
n
，其中卫星
j
在地固坐标系系中的坐标为
[0014]在本专利技术的优选实施例中，所述
S2
包括：
[0015]设某一锚固站
i
，特定时刻与可见卫星
j
的距离观测量为
ρ
ij
。
[0016]在本专利技术的优选实施例中，所述
S3
包括：
[0017]所述全星座定向观测方程包括特定观测时刻单条锚固
‑
卫星观测方程和适应多条锚固
‑
卫星观测基线的定向观测方程
。
[0018]在本专利技术的优选实施例中，所述
S3
包括：
[0019]设任意观测时刻
t
，锚固站
i
的坐标为卫星在地固坐标系中坐标为则单条锚固
‑
卫星间的观测方程为：
[0020][0021]锚固站数量少于卫星数量时，则对任意观测时刻，
M
个锚固站与之一一对应的
M
个可见卫星组成观测方程组：
[0022][0023]其中，
ε
＝
(
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
)
为星间测距确定的导航星座与真实地固坐标系之间存在的小旋转角，记为
R(
‑
ε
(t))
：
[0024][0025]地固系卫星位置真值
X
S*
与地固系卫星位置计算值
X
SC
之间满足：
[0026]X
sc
＝
R(
‑
ε
)
·
X
s*
。
[0027]在本专利技术的优选实施例中，所述
S4
包括：
[0028]解算单历元时刻星座相对地固坐标系的三轴旋转角度，对所述观测方程组进行一阶泰勒展开：
[0029][0030]记：
[0031][0032]则单次计算旋转矩阵各角度修正量为：
[0033]Δε
＝
[
Δθ
x Δθ
y Δθ
z
]T
＝
(H
T
H)
‑1H
·
y
[0034]设
ε
(t)
初值为
ε1(t)
＝
[0,0,0]，有：
[0035]ε
q+1
＝
ε
q
+
Δε
＝
[
α β θ
]T
+[
Δα Δβ Δθ
]T
[0036]其中，
q
表示迭代次数，迭代计算次数为直至两次旋转矩阵各角度修正量之差小于预期：
[0037]Δ
＝
(10
‑
10
,10
‑
10
,10
‑
10
)(as)
[0038]则迭代结束，获得本次采样时刻点的旋转角度
ε
(t)。
[0039]在本专利技术的优选实施例中，所述
S5
包括：
[0040]给出连续观测一段时间的均值作为星座相对地固坐标系的旋转角度输出；
[0041]为防止少数历元时刻，由于锚固站数量偏少导致对地定向观测几何差导致该时刻所述定向旋转矩阵出现极值，对
TN
时间段内的
N
个修正量求解方差：
[0042][0043][0044]逐一判断各观测历元时刻旋转量
ε
k
与均值
E(
ε
)
的差异是否大于
σ
(
ε
)
，若大于，则该采样时刻为无效样本，作剔除处理；
[0045]重新求解剔除无效样本后，
S
个有效采样时刻的旋转角度均值：
[0046][0047]在本专利技术的优选实施例中，所述
S5
中，
TN
＝
12h。
[0048]在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法，其特征在于，所述方法包括：
S1
，获取由星间测距确定的星座内各卫星在地固坐标系的位置；
S2
，获取各卫星与锚固站之间的星地测距数据；
S3
，根据所述
S1
和所述
S2
获取到的数据构建全星座定向观测方程；
S4
，根据所述全星座定向观测方程迭代求解任意给定采样时刻的星座对地定向旋转矩阵；
S5
，根据连续观测一段时间的所述定向旋转矩阵的旋转角度输出的均值确定设定修正弧段的多个旋转修正矩阵并进行均化处理，消除单一采样时刻观测不均匀导致的星座旋转修正不合理，获得符合全星座最优的修正矩阵；
S6
，根据所述修正矩阵作为预报信息实时修正计算未来一段时间星座内各卫星在地固坐标系中的坐标
。2.
根据权利要求1所述的基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法，其特征在于，所述
S1
包括：设星座基于星间链路完成自主定轨，星座卫星数量为
n
，卫星编号记为1～
n
，其中卫星
j
在地固坐标系系中的坐标为
3.
根据权利要求1所述的基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法，其特征在于，所述
S2
包括：设某一锚固站
i
，特定时刻与可见卫星
j
的距离观测量为
ρ
ij
。4.
根据权利要求1所述的基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法，其特征在于，所述
S3
包括：所述全星座定向观测方程包括特定观测时刻单条锚固
‑
卫星观测方程和适应多条锚固
‑
卫星观测基线的定向观测方程
。5.
根据权利要求4所述的基于星地距离测量信息的导航星座对地定向方法，其特征在于，所述
S3
包括：设任意观测时刻
t
，锚固站
i
的坐标为
i
＝
1,
…
M
，卫星在地固坐标系中坐标为
j
＝
1,
…
N
，则单条锚固
‑
卫星间的观测方程为：锚固站数量少于卫星数量时，则对任意观测时刻，
M
个锚固站与之一一对应的
M
个可见卫星组成观测方程组：
其中，
ε
＝
(
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
)
为星间测距确定的导航星座与真实地固坐标系之间存在的小旋转角，记为
R(
‑
ε
(t))
：地固系卫星位置真值
X
S*
与地固系卫...

【专利技术属性】
技术研发人员：周巍，高为广，蔡洪亮，王海红，潘军洋，陈秋丽，杨宇飞，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：