[發明專利]一種基于位置指紋的衛星集群分級定位方法

有效

• 申請號: 202010014588.1
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111239777B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 馬琳;黃鵬飛;譚學治;王孝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01S19/25
• 分類號: G01S19/25;G06F17/16
• 代理公司: 哈爾濱奧博專利代理事務所(普通合伙) 23220
• 代理人: 葉以方

本發明提出一種基于位置指紋的衛星集群分級定位方法，所述方法首先以較大的參考點間隔計算稀疏Radio?Map，以使得其占用較小的存儲空間，實現對成員星的粗定位；再以粗定位結果為中心，確定精定位區域，并對精定位區域進行精細的參考點劃分，根據當前時刻計算精定位區域的Radio?Map，對成員星進行精定位，以得到成員星最終的定位結果。該方法能夠以增加在線計算時間來減小存儲空間，并減小時間偏移對定位精度的影響。所述方法能夠減小時間偏移對定位精度的影響同時極大地減小存儲空間，能夠更好地運用于實際工程中。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，特別是涉及一種基于位置指紋的衛星集群分級定位方法。

背景技術

衛星集群是指由多個衛星組成的一個分布式衛星系統。其中，選取一顆或若干顆衛星作為基準星，其余衛星為成員星。基準星沿著預設的軌道飛行，成員星跟隨基準星進行伴飛。作為一種分布式衛星系統，在衛星集群中，衛星之間保持著一個相對穩定的分布，衛星之間通過星間鏈路，實現信息交互，從而使得衛星之間相互協作，能夠共同完成一個或多個任務。相比于大衛星的設計周期長、成本高等缺點，小衛星具有集成度高、設計周期短、成本低等優點，因此小衛星有著不可替代的優勢。

傳統的衛星集群自主定位主要針對兩個衛星或小規模衛星集群。隨著航天任務的任務需求的不斷發展，衛星集群成員數量不斷增多，體積進一步減小，功能趨向專一化，因此需要研究一種快速、低成本的，并具有集群自主性的定位導航技術。基于位置指紋的定位方法是一種較為成熟的定位方法，指紋定位系統具有成本低、結構簡單的特點，因此將指紋定位方法擴展至衛星集群定位中，能夠有效減小研制成本，并對衛星集群的協同控制以及衛星技術的發展具有重要意義。

發明內容

本發明目的是為了解決現有技術中的問題，提出了一種基于位置指紋的衛星集群分級定位方法。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出一種基于位置指紋的衛星集群分級定位方法，所述方法分為三個階段：構建坐標系階段、離線階段和在線階段；在構建坐標系階段建立LVLH坐標系和基準星本體坐標系；在離線階段，由地面計算出稀疏Radio?Map，并儲存在成員星中；在線階段分為三個子階段：成員星粗定位階段、指紋庫在線計算階段和成員星精定位階段；在成員星粗定位階段，成員星根據當前時刻和稀疏Radio?Map選取最近時刻的RSS矩陣，并結合實時獲取到的RSS向量進行粗定位；在指紋庫在線計算階段，成員星根據粗定位結果計算稠密Radio?Map；在成員星精定位階段，成員星根據實時獲取到的RSS向量和計算出的稠密Radio?Map進行精定位，得到成員星的最終估計位置。

進一步地，所述構建坐標系階段具體為：

在衛星集群中基準星的數量為4，其余衛星為成員星，基準星成對進行繞飛，繞飛的中心稱為“中心星”，中心星為一虛擬的點，實際上并不是衛星；成員星則在基準星附近進行伴飛；

LVLH坐標系原點O_L位于衛星集群中的“中心星”，坐標軸之間滿足右手定則；O_LX_L軸方向為中心星運動的切線方向，O_LY_L軸由中心星指向地球質心，O_LZ_L軸垂直于X_LY_L平面；

基準星本體坐標系原點O_B位于基準星的質心，坐標軸方向與基準星姿態有關；O_BX_B軸為天線方向圖0度方向，O_BY_B軸為天線方向圖90度方向，O_BZ_B軸垂直于X_BY_B平面，O_BX_B軸和O_BY_B軸滿足右手定則；并且需要對4個基準星都建立對應的基準星本體坐標系。

進一步地，所述離線階段具體步驟為：