[發明專利]一種雙星編隊僅測距相對導航方法

有效

• 申請號: 201810481185.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108917764B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 龔柏春;李爽;趙吉松;施俊杰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種雙星編隊僅測距相對導航方法，其特征在于，以雙星編隊中雙星的相對軌道運動方程為導航狀態方程進行相對軌道演化，以偏離衛星質心安裝的星載數據鏈天線接收機測量相對距離信息，通過迭代算法求解相對位置和相對速度，完成雙星編隊僅測距相對導航；

具體包括如下步驟，

步驟1、建立天線接收機偏離衛星質心安裝情況下的相對距離測量模型；

步驟2、通過線性化的Clohessy-Wiltshire相對運動動力學方程，由狀態轉移方式，對編隊雙星之間的相對軌道進行演化；

步驟3、將狀態轉移方式引入到相對距離測量模型中，得到相對距離測量量與測量時間、初始軌道、天線接收機偏心安裝矢量的關系表達式；該關系表達式是以相對距離測量量ρ_i和對應測量時間t_i為輸入，以相對位置和速度x₀、y₀、z₀，和六個量為未知數的非線性方程組；

步驟4、采用修正的牛頓迭代法對m次測量的相對距離測量模型進行迭代求解得到雙星相對位置和相對速度，完成雙星編隊僅測距相對導航。

2.根據權利要求1所述的一種雙星編隊僅測距相對導航方法，其特征在于，步驟1中，建立天線接收機偏離衛星質心安裝情況下的相對距離測量模型如下；

其中，ρ_i為t_i時刻由TOA方式測量得到的相對距離測量量，r(i)為t_i時刻兩衛星之間的相對位置，為t_i時刻從衛星本體系c到第二軌道坐標系LVLH的坐標轉換矩陣，d^c是天線接收機在衛星本體系下的位置矢量。

3.根據權利要求2所述的一種雙星編隊僅測距相對導航方法，其特征在于，步驟2中，由如下的狀態轉移方式，對編隊雙星之間的相對軌道進行演化；

x(i)＝Φ(i)x(0) (2)

其中，x(i)是由t_i時刻的相對位置r(i)和速度v(i)組成的列向量，Φ(i)是Clohessy-Wiltshire相對運動動力學方程從t₀時刻到t_i時刻的狀態轉移矩陣。

4.根據權利要求3所述的一種雙星編隊僅測距相對導航方法，其特征在于，步驟3中，將狀態轉移方式引入到相對距離測量模型中時，將公式(2)帶入公式(1)中，得到相對距離測量量與測量時間、初始軌道、天線接收機偏心安裝矢量的關系表達式；

其中，系數c₁～c₉如下：

其中，ω是目標軌道角率；x₀、y₀和z₀，和分別是初始相對位置r(0)和速度v(0)的三軸分量；d_x、d_y和d_z分別是天線接收機位置 矢量d^c在第二軌道坐標系LVLH下投影的三軸分量。

5.根據權利要求4所述的一種雙星編隊僅測距相對導航方法，其特征在于，步驟4中修正的牛頓迭代法如下：

其中，

6.根據權利要求4所述的一種雙星編隊僅測距相對導航方法，其特征在于，采用衛星姿態機動改變天線接收機的指向，改變大小隨衛星的姿態而改變的d_x、d_y和d_z，實現多方位測距定軌導航。