[發明專利]基于短弧定軌和預報的導航衛星軌道快速恢復方法

有效

• 申請號: 201810487412.0
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108761507B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 劉偉平;郝金明;呂志偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01S19/27
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

1.一種基于短弧定軌和預報的導航衛星軌道快速恢復方法，其特征在于，依據地面監測站實時對導航衛星進行跟蹤觀測，獲取導航衛星軌道漂移數據；若導航衛星軌道漂移數據達到允許范圍邊界，則按照預先制定計劃實施軌控，自軌控時刻起，通過導航衛星的定軌短弧跟蹤觀測數據進行定軌，定軌短弧大小≤1°跟蹤弧度大小，并利用預報短弧進行導航衛星軌道預報，預報短弧≤定軌短弧的十分之一，通過導航衛星的短弧跟蹤觀測數據進行定軌包含如下內容：

步驟1、選擇導航衛星在參考歷元至地心距離作為徑向分量，導航衛星至初始軌道平面距離作為次法向分量，按坐標系右手規則定義的第三分量作為切向分量，以及三者的時間變率，作為軌道根數的六個參數；

步驟2、利用軌道根數的六個參數，并結合輔助坐標系，構建每個監測站的測距誤差方程及距離變率誤差方程，其中，輔助坐標系選擇地球質心作為原點；

步驟3、利用導航衛星跟蹤觀測數據中的多個短弧，分別對測距誤差方程及距離變率誤差方程進行連續解算，獲取衛星軌道參數估值；

步驟4、對正常運行時導航電文中的用戶星歷計算模型通過附加軌道根數分量修正值，獲取兼容軌控前后的用戶星歷解算，其中，附加軌道根數分量修正值在正常運行時設置為零；

步驟1中徑向分量還包含導航衛星鐘鐘差；

步驟2中，輔助坐標系表示為原點(O-r,n,u)在地球質心，三軸指向分別為：

其中，上標表示單位矢量，下標表示衛星運動狀態的初始值，步驟1中軌道根數的六個參數在輔助坐標系中分別對應三個分量及其時間導數：r,n,u,dr/dt,dn/dt,du/dt；

第i監測站于t歷元的測距誤差方程表示為：

其中，ρⁱ(t)為第i地面監測站所觀測的衛星距離，dρⁱ(t)為其觀測誤差；x_j,j＝1至3表示衛星在輔助坐標系中的三個坐標分量；σ_k(t₀),k＝1至6為步驟1中軌道根數的六個參數中第k個參數在參考時刻t₀時的值；ρⁱ(σ_k(t₀),t)為以軌道參數初值σ_k(t₀)計算的t時刻第i地面監測站到衛星的距離；

距離變率誤差方程表示為：

其中，為第i地面監測站所觀測的衛星多普勒測速觀測量；其余各量與測距誤差方程含義相同，上標“·”表示相應量的變率；

步驟3中，通過最小二乘法，對多個監測站多歷元形成的多個測距誤差方程和距離變率誤差方程進行求解，并在求解過程中以觀測量類型及其觀測精度賦予權值；

賦予權值的表達式表示為：X＝(A^TPA)^-1A^TPL，其中，X、A、P、L分別表示解向量、系數陣、權陣和自由項向量；

通過短弧定軌解算所取得的軌道根數為參考歷元沿法向、徑向和次法向的修正值及其時間變率r,n,u,dr/dt,dn/dt,du/dt，計算觀測歷元的三分量修正值：

δu′＝(u₀+(t-t₀)du/dt)/r

δr′＝r₀+(t-t₀)dr/dt

δi′＝(n₀+(t-t₀)dn/dt)/2rsin(φ/2)

其中，t₀表示參考歷元，t表示觀測歷元，u₀、r₀、n₀分別表示t₀時刻的升交角距、向徑和角速度，φ表示修正之前的升交角距，δu′、δr′、δi′分別表示t時刻短弧定軌計算的升交角距、向徑和軌道傾角的修正值；

在正常運行時計算u、r、i時加入附加的三分量修正值：

u＝φ+δu+δu′

r＝a(1-e cos E)+δr+δr′

其中，i₀表示t₀時刻的軌道傾角，φ表示修正之前的升交角距，a表示軌道半長軸，e表示偏心率，E表示偏近點角，表示軌道傾角變率，t_k表示觀測歷元與參考歷元的差值，δu、δr、δi分別表示地球引力場J₂的短周期攝動項引起的沿法向、徑向和次法向修正值，δu’、δr'、δi’分別表示對應的附加分量修正值，u、r、i表示最終用戶獲得的升交角距、向徑和軌道傾角。