[發明專利]基于日地月集成敏感器脈沖數據的衛星高精度自主導航方法

無效

• 申請號: 201110005239.4
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102162731A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 荊武興;李茂登;黃翔宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C21/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及衛星導航領域，具體涉及利用日地月集成敏感器測量得到的日、地、月光學脈沖數據，對衛星的位置、速度以及姿態進行自主確定的方法。

背景技術

日地月自主導航系統由導航敏感器和導航計算機組成。導航計算機對導航敏感器的測量值進行處理，經過一定的導航算法，實時定出衛星的位置和速度，從而實現衛星的自主導航。日地月集成敏感器如圖1和圖2所示，由地球紅外雙圓錐掃描式敏感器和兩個扇形狹縫視場的掃描日月敏感器組成，地球紅外雙圓錐掃描式敏感器具有單一的光學掃描頭部，利用反射鏡結構得到兩個紅外視場，掃描后紅外視場的軌跡是兩個共軸的圓錐，光學頭部掃描一圈，熱電檢測器最多可以檢測到四個地平穿越信號，由信號出現的時刻可以確定地心方向矢量相對于衛星的方位，并可求得衛星到地心的距離。在地球紅外雙圓錐掃描式敏感器的基礎上增加了兩個可見光敏感器，在光學頭部的掃描過程中，扇形狹縫視場掃過球帶區域，利用硅光二極管檢測器可以敏感到太陽和月球，根據太陽、月球在扇形狹縫視場中出現的時刻可以求得其方向矢量相對于衛星的方位。檢測器具有多個光強閾值，可以辨別太陽和月球信號，并且可以剔除地球信號。日地月導航系統就是利用該類敏感器來確定日地月的方位，從而進行衛星自主導航的系統。

目前對日地月導航系統的研究途徑主要是體現在利用夾角信息，來研究導航算法，沒有考慮測量原理，因此也無法體現地球扁率、上下弦時候月球光心和質心不重合的這些重要因素，和工程實際相差較遠。

脈沖數據作為導航系統的原始數據，里面包含了一切信息(噪聲、地球扁率、上下弦月球光心和質心不重合，等等)，本發明的目的在于研究日地月集成敏感器的測量原理，并研究基于脈沖數據的高精度日地月導航算法，這種算法能夠對地球扁率進行補償，也能夠對上下弦期間的月球脈沖進行補償。

發明內容

本發明為了解決現有方法中脈沖數據作為導航系統的原始數據其中里面包含了噪聲、地球扁率、上下弦月球光心和質心不重合的問題，而提出了基于日地月集成敏感器脈沖數據的衛星高精度自主導航方法。本發明的目的在于日地月集成敏感器的測量原理，并基于脈沖數據的高精度日地月導航算法，這種算法能夠對地球扁率進行補償，也能夠對上下弦期間的月球脈沖進行補償。

本發明基于日地月集成敏感器脈沖數據的衛星高精度自主導航方法的步驟如下：

步驟一：由地球紅外雙圓錐掃描式敏感器和兩個扇形狹縫視場的掃描日月敏感器組成的導航敏感器向導航計算機提供脈沖數據；

步驟二：根據脈沖數據進行三個天體的方位確定：確定地心方向矢量在測量坐標系下的坐標E_SE、日心方向矢量在測量坐標系下的坐標S_S|SE和月心方向矢量在測量坐標系下的坐標M_S|SE，以及地心距r；

步驟三：由地心方向矢量在測量坐標系下的坐標E_SE、日心方向矢量在測量坐標系下的坐標S_S|SE和月心方向矢量在測量坐標系下的坐標M_S|SE計算出日心方向矢量和地心方向矢量的內積，以及月心方向矢量和地心方向矢量的內積：

步驟四：進行雙矢量粗定姿，定義三個兩兩正交的矢量如下：

v₁：r_m×r_s/|r_m×r_s|

v₂：r_m/|r_m|?????????????????????????(1)

v₃：v₁×v₂

其中，r_m為星月矢量，r_s為星日矢量；所述的星月矢量r_m和星日矢量r_s在慣性坐標系下的表示由地月矢量、地日矢量近似得到，而地月矢量和地日矢量可以由星歷得到；設v₁、v₂、v₃在慣性坐標系下的表示為E₁，E₂，E₃，在測量坐標系下的表示為e₁，e₂，e₃，則慣性坐標系到測量坐標系的旋轉矩陣：