基于星間定向觀測的導航星座長期自主定軌技術研究.pdf

1、實現(xiàn)導航星座自主導航對提高其生存能力和擴展其應用領域具有重要意義,而自主定軌又是實現(xiàn)自主導航的核心技術之一。目前,導航星座自主定軌多采用星間距離觀測來實現(xiàn),但這種方法只能保證導航衛(wèi)星間相對位置的準確性,無法克服星座相對于慣性參考系的整體旋轉(zhuǎn)和漂移,定軌精度會隨時間增長而下降。
　　 為解決這一問題,有學者提出引入星間定向觀測,即采用星敏感器對星座中的其它衛(wèi)星及背景恒星進行照相觀測,利用恒星提供的空間絕對位置信息來測定和消除星座的

2、整體旋轉(zhuǎn)和漂移對自主定軌的影響。本文在此基礎上,對如何利用星間定向觀測信息實現(xiàn)導航星座長期高精度自主定軌做了進一步的研究。
　　 在建立起星間定向觀測模型的基礎上,通過對精密定軌的條件方程中系數(shù)矩陣的分析,證明了僅利用星間定向觀測的衛(wèi)星自主定軌不存在數(shù)學虧秩問題,因而可以定軌。進一步的研究試驗發(fā)現(xiàn),僅利用星間定向觀測能保證自主定軌的長期穩(wěn)定性,但受星敏感器觀測精度的限制,定軌精度并不高。而僅利用星間距離觀測短期自主定軌精度很高,

3、但長期會出現(xiàn)發(fā)散。因此,本文設計的導航星座自主定軌算法方案綜合利用了星間距離觀測和星間定向觀測,從而達到使兩種觀測手段取長補短的效果。
　　 考慮到導航衛(wèi)星多是小偏心率近圓軌道的特點,為了節(jié)約星載計算機的資源,滿足自主定軌的實時性,本文設計的算法方案在利用EKF濾波器融合衛(wèi)星動力學信息及星間測距和測向信息進行自主定軌時,選用了第一類無奇點根數(shù)作為狀態(tài)變量,這與選用位置和速度矢量相比,可以加大軌道積分步長,同時可采用分析法來計算狀