[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

本發明屬于導航衛星精密定軌技術領域，特別涉及一種基于短弧定軌和預報的導航衛星軌道快速恢復方法，包含：通過短弧定軌和短弧預報，并采用衛星在參考歷元至地心的距離作為徑向分量、衛星至初始軌道平面的距離作為次法向分量、和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參數，并通過附加分量修正值的兼容用戶星歷計算，進行導航衛星軌道快速恢復。本發明能夠實現軌控前后用戶星歷解算方法的無縫對接，提高衛星定軌和預報的準確度，軌控后能夠在較短時間內得出用戶應用需求的衛星精密軌道，并作出精確預報，使衛星快速恢復正常使用，保障衛星系統的正常工作，對導航衛星軌道測定技術領域具有重要指導意義。

技術領域

本發明屬于導航衛星精密定軌技術領域，特別涉及一種基于短弧定軌和預報的導航衛星軌道快速恢復方法。

背景技術

衛星定軌和預報，包括高軌衛星的精密定軌和預報是衛星大地測量的基礎問題之一，它既是基礎理論問題，又具有工程背景，有重要的實用意義。一般應用衛星對其軌道均有特定的要求。由于衛星的受攝運動，軌道產生漂移，當漂移積累到一定量級，將超出對軌道要求的允許變動范圍，這時就要對衛星軌道進行微調。通常使用衛星上的反作用推力器，以小推力、脈沖式噴發(以噴發重復次數控制推力的大小)作為動力，改變衛星運動的切向、徑向和次法向(也稱側向)的速度，進行軌道微調。衛星軌道微調后將形成軌道根數的突變，即原有的軌道參數將不能用于計算(預報)衛星位置，軌道微調前的跟蹤數據也不能用于計算軌道微調后的軌道測定和計算，必須自軌道微調進入穩定運行狀態后(不再有外加作用力)，利用軌道微調后的跟蹤數據，重新測定衛星軌道。除了衛星軌道微調，衛星的姿態控制也會產生類似效應。為使衛星正常工作，需要衛星保持一定的姿態，通常以動量輪進行調整，理論上這樣的調整不會影響衛星的質心運動。動量輪調姿類似于微動調整，它有一定的調整范圍，當達到或接近調整范圍時，必須使其恢復到調整范圍的中央，這時需要借助推力進行‘卸荷’。它本質上是外力的姿態(動量矩)調整，由于動力、機械、安裝調試的不完善也會造成衛星軌道的突變，只是它在量級上小于軌道微調。綜合以上兩種衛星軌道變化的情況，可以統稱為‘軌控’。實施軌控時衛星軌道根數將產生斷點，即軌控前、后的軌道參數將發生突變。在衛星大地測量和衛星導航應用領域，通常需要集2天或更多時間的地面觀測資料才能取得高精度的定軌和預報(以滿足衛星大地測量和衛星導航的要求)。這意味著如果進行了軌控，該衛星的軌道按常規衛星定軌方法，將會自微調后約2天的時間內難于精確測定。對于測量和導航應用衛星，將意味著該衛星在這一段時間內不能正常工作，即處于不可用狀態。

目前，導航衛星軌控之后，主要采取將軌控衛星標記為不可用，或者至少需數小時至數天觀測數據積累才能恢復滿足精度要求的定軌精度水平，影響了系統的整體可用性。已有方法僅關注了定軌和預報精度，而缺少對用戶兼容算法的設計，部分算法在軌控期間和非軌控期間，用戶算法不能兼容，影響了導航用戶應用星歷的便利性。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明提供一種基于短弧定軌和預報的導航衛星軌道快速恢復方法，通過短弧定軌和預報，力爭在幾分鐘的時間將軌控后導航衛星軌道精度水平恢復到滿足用戶應用要求的水平，同時，通過附加分量修正值的兼容算法，方便用戶在軌控前后無縫對接，使得導航性能更加穩定、可靠。

按照本發明所提供的設計方案，一種基于短弧定軌和預報的導航衛星軌道快速恢復方法，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；