[發(fā)明專利]基于兩步Kalman濾波的星光導(dǎo)航方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010967542.1
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112179334B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林夏;林寶軍;劉迎春;白濤;武國強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院;上海微小衛(wèi)星工程中心
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01S19/42;G01S19/40
• 代理公司: 上海智晟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發(fā)明提供了一種基于兩步Kalman濾波的星光導(dǎo)航方法及系統(tǒng)，包括：根據(jù)原始星光角距觀測信息和軌道預(yù)報信息，采用星光導(dǎo)航算法獲取初步衛(wèi)星軌道信息；根據(jù)所述初步衛(wèi)星軌道信息，對地球敏感器地球扁率誤差進(jìn)行修正，獲取精確地心矢量信息；根據(jù)所述精確地心矢量信息，獲取精確星光角距觀測信息；根據(jù)所述精確星光角距觀測信息和所述軌道預(yù)報信息，再次采用星光導(dǎo)航算法以獲取較高精度的衛(wèi)星軌道信息。經(jīng)仿真驗證表明，本發(fā)明實現(xiàn)了在軌衛(wèi)星地球敏感器地球扁率誤差的自主修正，得到了較高精度的衛(wèi)星軌道信息，有效地提高了星光導(dǎo)航算法精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天文導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于兩步Kalman濾波的星光導(dǎo)航方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

天文導(dǎo)航是一類主要的衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法。通過對天文信息的連續(xù)觀測，衛(wèi)星可實現(xiàn)自身位置、速度等導(dǎo)航信息的自主確定。利用星敏感器與地球敏感器觀測信息的星光導(dǎo)航方法是其中一種適用于地球衛(wèi)星的天文導(dǎo)航算法。星光導(dǎo)航法實現(xiàn)方法簡單，穩(wěn)定可靠，在低、中、高軌衛(wèi)星中都有著較多的應(yīng)用。

但由于地球敏感器敏感地平時存在較大誤差，因而相比于其他的自主導(dǎo)航方法，星光導(dǎo)航法精度較低，在使用上也受到了許多限制。地球敏感器敏感地平誤差由季節(jié)變化，地球扁率，環(huán)境溫度，安裝偏差，隨機(jī)噪聲等多種因素引起。而在這些誤差源中，地球扁率造成的影響最為顯著。雖然地球扁率誤差有相應(yīng)的修正方法，但這些算法均需要已知衛(wèi)星軌道信息，并不適合在自主導(dǎo)航算法中直接使用。而某不基于軌道先驗信息的地球扁率誤差修正方法，在應(yīng)用上存在很大限制，僅適用于雙圓錐掃描地球敏感器，不適合于其他類型的地球敏感器中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于兩步Kalman濾波的星光導(dǎo)航方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的基于星敏感器與地球敏感器觀測信息的星光導(dǎo)航算法精度低的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于兩步Kalman濾波的星光導(dǎo)航方法，包括：

根據(jù)原始星光角距觀測信息和軌道預(yù)報信息，經(jīng)Kalman濾波算法獲取初步衛(wèi)星軌道信息；

根據(jù)所述初步衛(wèi)星軌道信息，對地球敏感器地球扁率誤差進(jìn)行修正，獲取精確地心矢量信息；

根據(jù)所述精確地心矢量信息，獲取精確星光角距觀測信息；

根據(jù)所述精確星光角距觀測信息和所述軌道預(yù)報信息，再次采用Kalman濾波算法獲取精度較高的衛(wèi)星軌道信息。

可選的，在所述的基于兩步Kalman濾波的星光導(dǎo)航方法中，采用原始星光角距觀測信息計算初步衛(wèi)星軌道信息包括：

采集星敏感器觀測單位恒星矢量結(jié)合星敏感器安裝矩陣R_bs，得到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下單位恒星矢量

采集地球敏感器觀測單位地心矢量結(jié)合地球敏感器安裝矩陣R_be，得到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下單位地心矢量

利用所述衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下單位恒星矢量及所述衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下單位地心矢量構(gòu)造所述原始星光角距觀測信息θ：

可選的，在所述的基于兩步Kalman濾波的星光導(dǎo)航方法中，根據(jù)所述初步衛(wèi)星軌道信息，對地球敏感器地球扁率誤差進(jìn)行修正，獲取精確地心矢量信息包括：

根據(jù)所述初步衛(wèi)星軌道信息，計算地球敏感器掃入地球點(diǎn)位置坐標(biāo)P_in及掃出地球點(diǎn)位置坐標(biāo)P_out；

根據(jù)所述地球敏感器掃入地球點(diǎn)位置坐標(biāo)P_in及掃出地球點(diǎn)位置坐標(biāo)P_out，修正地球敏感器掃入天底角η_in及掃出天底角η_out；