[發明專利]基于星敏感器和星間鏈路的HEO衛星編隊飛行自主導航方法

有效

• 申請號: 201611138599.0
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106595674B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 王鵬;祝燕華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陳靜

1.一種基于星敏感器和星間鏈路的HEO衛星編隊飛行自主導航方法，其特征在于，步驟如下：

(1)以HEO衛星對地觀測為任務需求，將兩個HEO衛星分別設為主星和子星，設計主星和子星編隊飛行構型及軌道參數；

(2)根據地心慣性坐標系下主星相對軌道動力學模型，建立自主導航系統狀態模型；

(3)根據計算的主星和子星相對距離，判斷子星是否滿足星敏感器觀測距離要求，滿足則進入步驟(4)，否則進入步驟(12)；

(4)根據解算的太陽、地球和子星三者位置關系，判斷子星是否處在太陽光照區，是則進入步驟(5)，否則進入步驟(12)；

(5)根據解算的地球、主星和子星三者位置關系，判斷地球是否進入星敏感器視場，是則進入步驟(6)，否則進入步驟(12)；

(6)根據計算的子星可視星等，判斷子星可視星等是否小于星敏感器可觀測閾值，是則進入步驟(7)，否則進入步驟(12)；

(7)根據計算的子星相對主星方向矢量與星敏感器光軸指向夾角，判斷子星是否在星敏感器視場范圍內，是則進入步驟(8)，否則計算利用萬向軸調整星敏感器光軸指向后，繼續判斷，是則進入步驟(8)，否則進入(12)；

(8)根據計算的子星在星敏感器二維像面陣坐標，判斷子星是否在星敏感器二維像面陣內，是則進入步驟(9)，否則進入步驟(12)；

(9)計算子星相對主星的理論方向矢量和方位角與俯仰角，進入步驟(10)；

(10)調整星敏感器真實光軸指向與理論方向矢量一致，對子星進行真實觀測，計算子星相對主星真實方向矢量，建立以單位方向矢量和距離為觀測量的觀測方程，進入步驟(11)；

(11)對所建立的狀態模型和觀測方程離散化，利用Unscented卡爾曼濾波算法估計主星位置和速度；

(12)結束觀測。

2.根據權利要求1所述的基于星敏感器和星間鏈路的HEO衛星編隊飛行自主導航方法，其特征在于：所述步驟(1)中的軌道參數包括軌道半長軸a、軌道偏心率e、軌道傾角i、升交點赤經Ω、近地點幅角ω、過近地點時刻t_p。

3.根據權利要求1所述的基于星敏感器和星間鏈路的HEO衛星編隊飛行自主導航方法，其特征在于，所述步驟(2)中建立自主導航系統狀態模型過程如下：

在地心慣性坐標系下，當主星位置距離大于子星與主星相對距離的時候，建立主星相對目標子星軌道動力學模型

其中，δr⁽¹⁰⁾為子星相對主星方向矢量，r⁽⁰⁾為主星位置矢量，μ_e為地球引力常數，a_f為攝動力影響；

定義狀態變量x＝[(δr⁽¹⁰⁾)^T (δv⁽¹⁰⁾)^T]^T，建立自主導航系統狀態模型；

其中，f[x(t),t]為系統非線性連續狀態轉移函數，w(t)為狀態噪聲。

4.根據權利要求1所述的基于星敏感器和星間鏈路的HEO衛星編隊飛行自主導航方法，其特征在于：所述步驟(3)中判斷子星是否滿足星敏感器觀測距離要求過程如下：

計算主星相對子星距離|δr⁽¹⁰⁾|，判斷其是否滿足條件

L_min≤|δr⁽¹⁰⁾|≤L_max

其中，δr⁽¹⁰⁾＝|δr⁽¹⁰⁾|＝|r⁽¹⁾-r⁽⁰⁾|，r⁽⁰⁾和r⁽¹⁾為主星和子星位置矢量；L_min和L_max為星間觀測所需最小和最大距離。