[發明專利]一種基于GNSS的衛星天文導航系統誤差自主標定方法及系統

有效

• 申請號: 202110558203.2
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113447043B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 郭建新;林波;范煒;常建松;張春青;劉新彥
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/24;G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發明提出本一種基于GNSS的衛星天文導航系統誤差自主標定方法及系統，在滿足自主天文導航系統需求的地球中心方向測量基礎上，可在直接采用GNSS定軌數據的同時，利用這些高精度定軌數據，對天文導航測量系統中因安裝、熱交變等引起的系統誤差進行實時標定。本發明提出的標定方法可自主運行，利用不同類型自主導航系統的優勢和特點，通過誤差標定保證了天文導航方法單獨運行的精度，提高了導航系統的可靠性和適應性，標定方法也簡單易行，具有較高的工程指導意義和實用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于GNSS的衛星天文導航系統誤差自主標定方法及系統，屬于衛星自主導航研究領域，可以應用于衛星自主導航任務。

背景技術

基于地球中心方向測量的天文自主導航精度主要受到地球中心矢量測量誤差的制約，中心矢量的測量誤差主要有安裝偏差、觀測時間不同步帶來的測量誤差、光學系統變形帶來的誤差、敏感器組合帶來的相對基準誤差，以及地球非球形帶來的測量偏差等，這些誤差往往是時變的，基于目前在軌的經驗，誤差中既有常值項，又有與軌道周期密切相關項，且各自的誤差量級都不可忽略，這使得這類天文導航方法的導航精度往往并不理想，需要地面反復調教后才能有較為理想的導航結果，但當太陽光照條件或軌道運行方式發生變化時，以往的標較結果就不再適應，需要地面重新進行標定，費時費力，但這類導航方法毫無疑問是全自主的，不依賴任何人為信息，且用于地球中心矢量測量的敏感器往往也是姿態敏感器，工程應用代價小。

相對來說，Global Navigation Satellite System(GNSS)導航方式已經逐步得到了工程應用，由于其高精度、成本低等特點，已經在航天器上得到充分應用，但是GNSS的應用并不是無條件的，作為無線電導航的主要形式，其精度和可用性受到了GNSS運行方管制以及軌道特點的約束。以上兩種導航方式各有優缺點，尤其是對于高軌道衛星、地月轉移段飛行航天器，GNSS信號的不連續是常態的情況下，二者結合，優勢互補，是一個非常好的工程應用方式。目前需要一種基于GNSS的衛星天文導航系統誤差的自主標定方法。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對天文導航系統系統誤差大、GNSS在軌存在間斷且導航可靠性較低的問題，提出了一種基于GNSS的衛星天文導航系統誤差自主標定方法，充分利用GNSS實時定軌數據對天文導航系統的系統誤差進行標定，從而使天文導航系統獲得較高的導航精度，保證了兩套導航系統同時可用，且對GNSS的可用條件和實時精度要求不高，進一步提高自主導航系統的整體精度和可靠性。

本發明采用的技術解決方案是：

一種基于GNSS的衛星天文導航系統誤差自主標定方法，步驟如下：

(1)根據衛星配置的地球敏感器測量得到的衛星本體坐標系相對于軌道坐標系的滾動角和俯仰角θ_es；

(2)根據衛星配置的星敏感器測量結合其安裝參數得到的從慣性坐標系至衛星本體坐標系的姿態四元數q＝[q₁ q₂ q₃ q₄],其中q₄為標量，并轉換為轉換矩陣C_bi；

(3)根據衛星上所配置的GNSS測量得到的衛星位置矢量r_g＝[x_g y_g z_g]^T，并且根據GNSS輸出的衛星軌道根數近地點幅角ω和平近地點角M，進而得到平均的衛星幅角λ＝ω+M；

(4)基于星敏感器測量和GNSS輸出結果，得到基于星敏感器測量下的衛星本體坐標系下真實地心矢量r_ge＝[x_ge y_ge z_ge]^T，并基于此得到等效的滾動角和俯仰角θ_ge；