【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星定轨，尤其是涉及一种基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法。
技术介绍
1、目前，对于星上实时定轨，在满足实时性要求的情况下，定轨精度不够。现有的卫星实时定轨常用的拓展卡尔曼滤波算法，这类算法在处理高斯噪声时表现良好，但当面对实际应用中普遍存在的非高斯噪声时，其性能就会大大下降，非高斯噪声可能来源于多种因素，如大气扰动、轨道机动、太阳辐射压力变化等，这些因素都会对卫星轨道的精确确定造成影响，此外，在以往的低轨卫星定轨技术中，还存在收敛速度慢、精度不够高的问题。这是原因在arm架构的计算平台中，由于arm主频的限制，导致运算速率不够快。此外拓展卡尔曼滤波(ekf)在描述非线性部分时只保留了一阶泰勒展开式，这会使得跟踪误差变大。并且ekf对非高斯系统适应性不强，估计误差较大。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，以解决上述现有技术中存在的中少一个问题。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，包括以下步骤：
4、s1、数据获取及预处理；
5、s2、基于步骤s1处理后的数据构建观测模型；
6、s3、基于步骤s1处理后的数据构建摄动力模型；
7、s4、基于步骤s2和步骤s3的模型进行几何学单点定轨及滤波初始化；
8、s5、计算相对动力学轨道积分；
9、s6、对载波相位双差相
10、s7、对粒子滤波器进行更新；
11、s8、轨道内插发布，输出当前历元时刻的定轨结果；
12、在步骤s1中，数据获取及预处理，包括：
13、从星载gps/bds接收机中获取双频或单频的伪距及载波观测数据，并收集广播星历；之后对观测数据进行完整性检查和粗差探测；
14、在步骤s2中，构建观测模型，包括：
15、s21、观测建立无电离层组合观测值；
16、s22、固定双差模糊度。
17、进一步的，在步骤s21中，无电离层组合观测值的构建过程：
18、建立双频伪距(、)及载波相位(、)的线性组合：
19、；
20、其中，、为l1、l2载波的频率值，l1、l2是gps两个频点的载波，表示无电离层组合后的伪距观测值，组合后能够消除电离层延迟一阶项；为无电离层相位观测值，单位为周，组合后能够消除电离层延迟，保留几何距离和模糊度参数；
21、通过双频伪距及载波相位的线性组合建立无电离层组合的载波相位观测方程，将相位观测值转换为距离量纲：
22、；
23、其中，为无电离层组合的等效波长，为无电离层相位观测值，单位为周，为伪距，c为真空中的光速，，为接收机和卫星钟差，t为对流层延迟，nif为无电离层模糊度，为噪声和多路径误差；
24、进一步的，在步骤s22中，双差模糊度的固定处理，包括：
25、构建双差观测方程：
26、；
27、其中，为双差无电离层相位观测值，为双差伪距，为双差对流层延迟，为双差模糊度，为经双差处理后仍无法消除的误差；
28、之后通过最小二乘法估计接收机位置坐标、双差模糊度浮点解；
29、并在浮点解中搜索出最优整数解；
30、当最优解与次优解的目标函数值比值ratio大于2时，固定解得到验证，最后将模糊度固定为整数，重新解算接收机位置。
31、进一步的，在步骤s3中，构建摄动力模型，包括：
32、卫星摄动力源包括地球重力场、第三体引力、太阳辐射压、潮汐效应；其中，地球重力场使用egm2020高阶地球重力场模型；第三体引力采用jpl de440星历获取日月位置；太阳辐射压采用cannonball模型；根据iers conventions 2020，计算得到固体潮、海潮和极潮这三种潮汐现象；
33、根据卫星受到的摄动力情况以及地球与卫星之间的相对运动，建立微分方程，并进行龙格库塔4步积分，得到高精度轨道动力学模型，高精度轨道动力学模型亦为摄动力模型。
34、进一步的，在步骤s4中，几何学单点定轨及滤波初始化，包括：
35、获取当前历元的观测数据及gps/bds接收机的广播星历后，判断当前可用导航星星数大于4时，对卫星进行单点定位及单点测速，并进行粗差探测，保存导航星位置及钟差；
36、之后对滤波器是否启动进行判断，若是首次单点定位及单点测速，则判定滤波器未启动，将当前历元获得的观测数据称为粒子，当作滤波的初始采样点，将星历中的轨道参数、主从星相对位置及摄动力模型构建成重要性密度函数，计算得到粒子权重，并再次获取下一历元的观测数据；否则则是滤波器已启动，进行相对动力学轨道积分。
37、进一步的，在步骤s5中，相对动力学轨道积分，包括：
38、轨道积分模块利用构建的高精度轨道动力学模型，通过四阶龙科-库塔单步积分器计算下一个历元卫星的位置、速度及状态转移矩阵，之后与积分轨道参数相减，得到相对定轨积分结果。
39、进一步的，在步骤s6中，对载波相位双差相对定位，包括：
40、在取得观测值并预处理的基础上，构建双差观测值，计算双差观测值的浮点解，通过lambda方法搜索并固定双差模糊度，为后续定轨滤波做准备。
41、进一步的，在步骤s7中，对粒子滤波器进行更新，包括：
42、根据当前历元的相对动力学轨道积分结果、观测数据、双差模糊度，首先检测是否存在周跳，然后根据导航星的升降情况，设置单差模糊度，并利用双差模糊度对单差观察值进行约束；
43、之后对单差载波相位数据进行粒子滤波迭代处理：
44、首先根据下式得到粒子有效采样系数：
45、；
46、其中，n是参与滤波过程的总粒子数，表示第i个粒子在第t步时的权值，则表示所有粒子权值的平方和，用来计算有效采样数的倒数，从而得到每个粒子被选中的期望次数；
47、当大于设定的阈值时，进行重采样：
48、；
49、重采样操作将原始粒子集合转换为新粒子集合；在新粒子集中，每个粒子的权值都被设置为相同的值1/n，而它们的状态保持不变；
50、对于当前历元k，对于当前粒子i=1:n，首先从提议密度状态转移分布采样：
51、；
52、其中，为k时刻的第i个粒子状态，为提议分布函数，用于从先前的粒子状态和当前k历元的观测值yk中推导出当前状态的分布；
53、之后计算当前历元的粒子非归一化权重，及归一化权重：
54、；
55、其中，为当前历元k的第i个粒子的非归一化权重；为观测似然，给定当前状态的条件下观测yk的概率；为动力学模型，给定先前状态的条件下当前状态的概率；为于计算本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤S2中，构建观测模型，包括：
3.根据权利要求2所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤S22中，双差模糊度的固定处理，包括：
4.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤S3中，构建摄动力模型，包括：
5.根据权利要求2或4所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤S4中，几何学单点定轨及滤波初始化，包括：
6.根据权利要求5所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤S5中，相对动力学轨道积分，包括：
7.根据权利要求5所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤S6中，对载波相位双差相对定位，包括：
8.根据权利要求7所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤S7中，对粒子滤波器进行更新，包括：
9.根据权利要求7所
...【技术特征摘要】
1.基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤s2中，构建观测模型，包括：
3.根据权利要求2所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤s22中，双差模糊度的固定处理，包括：
4.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤s3中，构建摄动力模型，包括：
5.根据权利要求2或4所述的基于粒子滤波的低轨卫星实时定轨方法，其特征在于：在步骤s4中，几何学单点定...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏程，关一兵，哈琳，杜诗杰，邓智博，张宝林，李兴国，李峰辉，
申请(专利权)人：天津云遥宇航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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