[發明專利]一種基于低軌稀疏星座的藍綠激光對潛艇高精度定位方法

有效

• 申請號: 202010134622.9
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111273326B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 康國華;徐偉證;劉佳露;張琪;張晗;張文豪;華寅淼;吳佳奇;趙騰;魏建宇;劉奇弦;王強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01S19/37
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于低軌稀疏星座的藍綠激光對潛艇高精度定位方法，其特征在于，包括:

S1、根據低軌星座對潛艇定位解算、覆蓋面積、覆蓋時長的需求設計由三顆衛星組成的低軌稀疏星座；

S2、組成所述低軌稀疏星座的低軌衛星發送藍綠激光信號，所述激光信號包括測距標識和測試時刻的計時信息；

S3、待測潛艇采集所述激光信號，解調出所述測距標識和測試時刻的計時信息；

待測潛艇依據所述測距標識和計時信息，結合本地時標，同步得到所述測試時刻的計時信息在本地時標下所映射的時刻；

S4、根據所述測試時刻的計時信息進行偽距測量；具體為：

假設衛星與潛艇間存在時差Δt

其中，發送時延為τ_t、接收時延為τ_r，M，N表征了潛艇和衛星兩個測距對象，R_NM與R_MN為測距對象之間的距離，分別由M，N兩個對象在各自時鐘體系下測出，即衛星和潛艇的距離；分別為M、N的發送時延和接收時延，實際計時信息表示為：

T_M為潛艇計時信息，T_N為衛星計時信息；

則測距體制為

將測距體制R標記為所述偽距測量；

S5、經過采樣間隔時間，重復執行S1-S4，得到兩個測試時刻的偽測距值，根據低軌衛星在所述測量時刻的位置坐標和潛艇的高程測量值，依據偽距單點定位原理計算得到潛艇的位置坐標；具體為：

所述偽測距值和潛艇的高程測量值為：

式中，ρ_t,i表示t₁,t₂時刻第i個衛星的偽距觀測值，(x_t,i,y_t,i,z_t,i)(t＝t₁,t₂；i＝1,2,3)為3顆衛星在ECEF(Earth-Centered,Earth-Fixed地心地固坐標系)坐標系下的位置坐標，δt_μ為潛艇與衛星間等效鐘差距離，R_e為地球半徑，f為地球偏心率，H為潛艇在ECEF坐標系下的高程測量結果，ε_i表示偽距測量過程中激光在空氣、水下傳播、測量間隔期間的組合誤差，ε表示高程測量誤差，x_u、y_u、z_u分別為潛艇坐標的三維坐標值；

其中，待估計量包括x_u、y_u、z_u、δt_μ，將方程組(1)中的非線性方程在[X_k-1,δt_u,k-1]^T處進行線性化，k-1表示迭代歷元，X_k-1為第k-1個歷元的待估計參數，T表示矩陣轉置，其中對所述待估計量的偏導數矩陣G和偏差輸出量矩陣b如下所示：

上標s表示衛星，下標u表示用戶代號，在矩陣G和b的第一、二、三行中，s的取值分別為1、2、3；i表征的意義同樣為衛星編號，因為有三顆衛星，所以i₁、i₂、i₃分別表示第一、二、三顆衛星，下標t_1,2i₁的意義為，第一顆衛星在t₁、t₂時刻的取值；計算出偏導數矩陣G和偏差輸出量矩陣b后，利用最小二乘法求解位置改正量ΔX_u和激光接收機鐘差改正量Δδt_u，如式(2)所示，

[ΔX_u,Δδt_u]＝(G^TG)^-1G^Tb?(2)

并利用位置改正量ΔX_u和激光接收機鐘差改正量Δδt_u修正位置和接收機鐘差估計值，如式(3)所示，

X_u,k-1、δt_u,k-1與X_u,k、δt_u,k分別表示k-1歷元與當前k歷元的位置、鐘差估計參數，ΔX_u,Δδt_u表示k-1歷元到當前k歷元的修正量；當修正量滿足設定的精度要求或迭代次數達到迭代上限則輸出潛艇坐標X_u＝[x_u,y_u,z_u]和激光接收機鐘差δt_u。

2.根據權利要求1所述的一種基于低軌稀疏星座的藍綠激光對潛艇高精度定位方法，其特征在于，所述低軌稀疏星座的參數為：

可見軌道高度為900-1000km，軌道傾角為20°，升交點赤經分別為0°、20°和40°，真近點角分別為0°、5°和330°。