【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器导航控制，具体涉及一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统及方法。
技术介绍
1、脉冲星自主导航技术是航天器实现自主导航的新手段。由于宇宙中的脉冲星发出的信号普遍较弱，为了保证脉冲星探测器收集到足够多的脉冲星光子信息，近年来，国内外学者和技术人员将单航天器脉冲星自主导航方式进行了拓展，实现了多航天器脉冲星自主导航的方法。这种利用多个航天器共同实现脉冲星自主导航的方法被称为分布式脉冲星自主导航方法。
2、分布式脉冲星自主导航利用多颗不同的航天器对某些特定脉冲星进行观测，获得脉冲相位观测量，基于星间链路提供的星间测距等数据以及通信支持，在导航数据处理单元中对不同的脉冲星相位观测量进行滤波处理，从而实现自主导航定位。
3、现有的脉冲星自主导航存在这样的问题：在利用脉冲星探测器探测得到的x射线光子数据进行脉冲到达时间(脉冲toa)计算时，需要利用航天器轨道信息对光子进行处理，而该轨道信息需要预测估计得到。目前的方法是通过预设轨道初始估计值并利用轨道动力学模型递推得到。因此问题的焦点是轨道推算的精度，这将影响脉冲toa的计算精度。目前的方法有：
4、1)利用惯性导航测量设备测量轨道，该方法一方面存在累积误差等问题，另一方面在太空失重条件下难以应用；
5、2)利用轨道动力学模型推算，该方法的问题与上述方法类似，存在长期推算误差大的情况；
6、3)将导航滤波周期缩短，这样，观测时间也缩短，需要进行的轨道推算时间也变短，从而缓解了长时间推算的发散幅度。但这是一种较
7、4)利用极大似然方法对轨道参数做估计，这种方法需要极大的计算量，难以在轨实时开展。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统及方法，其目的在于通过自适应地进行观测量更新，在每一个导航周期中，对轨道进行多次迭代更新，解决现有技术存在的轨道预报精度低的问题，以此提高观测脉冲toa的精度，最终提高脉冲星导航的精度。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、本专利技术提供了一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统及方法，包括主星和n个从星；
4、其中，所述主星包括：
5、导航计算单元，用于实现导航计算，根据最新的脉冲toa进行导航滤波计算获得主星的绝对位置估计值并将获得的绝对位置估计值发送给下述定位计算模块；其中，所述导航计算单元包括脉冲toa更新模块，用于汇总来自下述光子toa信息更新模块中的光子数据集合，之后对这些光子数据进行处理，进而运用轮廓折叠方法实现脉冲折叠，最后利用互相关方法获得最新的脉冲toa；
6、星间测距模块a，用于分别获得各所述从星相对于所述主星的距离和方位信息，并将上述星间测距数据发送给下述定位计算模块；也用于与其他航天器形成星间链路进行互联；
7、定位计算模块，分别与所述导航计算单元和星间测距模块a连接；用于依据所述星间测距模块a给出的星间测距数据、所述导航计算单元给出的绝对位置估计值以及轨道动力学模型，对各所述从星的绝对位置估计值进行更新；并将更新后的各所述从星的绝对位置估计值发送给下述轨道预报更新模块；
8、轨道预报更新模块，与所述定位计算模块连接；用于依据定位计算模块给出的各所述从星当前的绝对位置估计值，并结合轨道动力学模型对各所述从星一定时间范围的位置和速度进行预报；并将上述预报值传递给下述光子toa信息更新模块；
9、光子toa信息更新模块，与所述轨道预报更新模块和所述从星的数据预处理模块连接；用于收集各所述从星传递过来的脉冲星光子序列，之后通过对所述轨道预报更新模块提供的预报值进行插值获得各个所述从星的光子toa对应的最新的位置，然后向脉冲星方向进行投影，形成光子序列toa及对应投影位置的集合，记为{时间，位置}，进而将各个从星的{时间，位置}集合汇总为光子数据集合并传递给所述导航计算单元内部的脉冲toa更新模块中；
10、其中，所述从星包括：
11、脉冲星探测器，用于探测脉冲星，获得脉冲星光子序列，并将脉冲星光子序列传递给下述数据预处理模块；
12、数据预处理模块，与所述脉冲星探测器连接；用于对脉冲星光子序列进行预处理，并将处理后的脉冲星光子序列传递给所述主星的光子toa信息更新模块；
13、星间测距模块b，用于测距以及与其他航天器形成星间链路进行互联。
14、进一步，所述主星还包括任务调度模块a，所述任务调度模块a根据统一的时间基准，通过星间链路向各所述从星发送调度指令，统一航天器系统的探测和数据传递任务。
15、进一步，所述从星还包括任务调度模块b，所述任务调度模块b主要根据所述主星的任务指令规划运行相关动作。
16、进一步，所述导航计算单元中的导航计算方法具体包括以下步骤：
17、1)设定系统初值：
18、2)对k时刻起始的状态赋初值；
19、
20、
21、其中，上角标i*标记的值为最新估计值；上角标t代表对矩阵进行转置；k代表滤波周期序号，k＝1、2、…、k；pk代表k时刻滤波方差；pk/k-1代表k-1时刻到k时刻预测方差；qk代表状态噪声方差；
22、3)进行滤波迭代计算，具体步骤包括：
23、①利用获取观测量更新：然后利用最新观测和重新计算和
24、
25、
26、其中，
27、其中，i代表一个周期内的迭代次数，i＝0、1、2、…、nmax；dk代表自适应因子，
28、②利用实施ekf滤波：
29、
30、
31、其中，
32、③循环执行步骤3)中的步骤①和步骤②；如果当前迭代次数i大于等于设定的最大迭代次数nmax，则结束本轮迭代，并进入步骤2)继续下一个周期的导航计算；如果当前迭代次数i小于设定的最大迭代次数nmax，则继续进行阈值判断如下：
33、
34、其中，vth为设定的阈值门限；
35、当公式(11)成立时，此时i的当前值为n，则输出为：和结束本轮迭代，并进入步骤2)继续下一个周期的导航计算；当公式(11)不成立时，则回到3)继续本周期的迭代计算。
36、一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位方法，包括以下步骤：
37、s1.设定主星轨道绝对位置估计值的初始值；
38、s2.当前周期k，任务开始后，在统一的时间基准和任务调度下，各从星分成三组，分别探测三颗不同的脉冲星，各从星获得对应的脉冲星光子序列；同时，主星通过星间链路获得各从星相距于主星的星间距离，以及通过相机或其他仪器获得各从星的姿态，即主星获得各从星的距离和方位信息；
39、s3.定位计算模块利用s2获得的各从星的距离和方位信息，首先进行星座中各从星相对位置的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统，其特征在于：包括主星和N个从星；
2.根据权利要求1所述的一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统，其特征在于：所述主星还包括任务调度模块A，所述任务调度模块A根据统一的时间基准，通过星间链路向各所述从星发送调度指令，统一航天器系统的探测和数据传递任务。
3.根据权利要求1所述的一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统，其特征在于：所述从星还包括任务调度模块B，所述任务调度模块B主要根据所述主星的任务指令规划运行相关动作。
4.根据权利要求1所述的一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统，其特征在于，所述导航计算单元中的导航计算方法具体包括以下步骤：
5.一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位方法，应用于上述权利要求1～4任一项所述的分布式脉冲星导航系统，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统，其特征在于：包括主星和n个从星；
2.根据权利要求1所述的一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统，其特征在于：所述主星还包括任务调度模块a，所述任务调度模块a根据统一的时间基准，通过星间链路向各所述从星发送调度指令，统一航天器系统的探测和数据传递任务。
3.根据权利要求1所述的一种基于迭代估计方法的分布式航天器定位系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：李璟璟，王博，徐振华，徐延庭，宋娟，刘金胜，王文丛，史钰峰，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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