[發明專利]適用于衛星軌道參數遞推計算的去奇異方法

在審

• 申請號: 202111222429.1
• 申請日: 2021-10-20
• 公開（公告）號: CN114002709A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 劉偉亮;呂旺;宋玉亭;王豪;錢元元;余潤清;肖燦明;俞航;顧軍;張健軍;沈松濤;辛閣霖
• 申請（專利權）人: 上海航天空間技術有限公司
• 主分類號: G01S19/08
• 分類號: G01S19/08;G01S19/37;G06F17/10
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 圣冬冬

本發明的一種適用于衛星軌道參數遞推計算的去奇異方法，方便遞推算法根據當前軌道平根數遞推衛星軌道信息，預測指定時刻衛星的位置，包括如下步驟：輸入參數無奇異處理；衛星軌道根數遞推計算；無奇點變量還原。該方法可以將輸入的衛星軌道平根數進行去奇異，避免當偏心率接近零時可能出現的奇異問題，使算法適合長時間、高精度的衛星位置預測，可以適用于衛星在軌的多種任務需求。

技術領域

本發明涉及衛星軌道動力學中的衛星軌道計算領域，具體涉及衛星軌道參數遞推領域。

背景技術

近年來，對于人造衛星在指定時刻位置的預測，已經成為越來越重要的問題。高精度的軌道預報作為航天技術中一項重要技術，在衛星軌道設計和軌道優化中起著至關重要的作用，同時可以為天線指向、跟蹤定位等衛星在軌任務提供可靠的軌道信息參考。傳統的衛星軌道參數遞推需要以軌道平根數作為輸入，當軌道偏心率接近零時，計算過程中可能會出現奇異問題。

目前，應用于地面站的衛星軌道遞推方法和高精度定軌算法一般由高性能計算機實現，其中包括了高精度積分算法和高精度動力學模型，對計算資源需求較多。衛星在軌運行時，衛星定軌的一種常見手段是由GNSS接收機接收其軌道數據。這種方法的缺點是：GNSS實時定軌存在誤差，且易由于衛星指向、電子干擾或環境遮擋等情況造成導航星可見數量小于4顆，這種情況會影響衛星軌道數據的連續性和準確性。另一種手段是由地面上注軌道根數進行外推。這種方法的缺點是：目前的應用的外推模型一般過于簡單，導致軌道數據精度變差，且一般不適用于長期預報。

中國發明專利“一種衛星位置獲取方法和系統”(專利號：CN104459732A)中，介紹了一種GLONASS衛星位置解算方法。該方法可以獲取觀測時刻衛星的位置和速度，但是采用是一種數值積分方法，并且依賴于GLONASS接收機。

中國發明專利“一種基于拉格朗日插值及卡爾曼濾波的軌道數據插值方法”(專利號：CN103268407A)中，介紹了一種基于拉格朗日插值及卡爾曼濾波的軌道數據插值方法。該算法可以實現衛星位置的高精度實時仿真，但是占用計算資源較大，會增加星上計算機的負擔。

李丹，于洋等人在“基于軌道根數的低軌衛星軌道預測算法”(見《光學精密工程》，2016年，10期)論文中提出了一種利用橢圓曲線來預測衛星軌道的方法，但是在求解過程中需要計算系數的偏微分。

中國發明專利“一種適用于圓軌道衛星的星上自主軌道外推方法”(專利號：CN103995800A)中，介紹了一種適用于圓軌道衛星的軌道遞推的方法。但是該方法只考慮了攝動。

基于以上考慮，本發明公開的適用于衛星軌道參數遞推計算的去奇異方法，其優勢在于，使算法精度高，適用于長期遞推，既能滿足多種在軌任務的精度需求，又不會占用星上計算機過多資源。

發明內容

針對衛星在軌時進行軌道遞推計算時，若軌道偏心率很小(近圓軌道，e≈0)時，計算中出現會奇點的問題，本發明提出了適用于衛星軌道參數遞推計算的去奇異方法，該方法可以將軌道平根數轉化為無奇點根數進行衛星軌道遞推計算。

為了實現該方法，采用如下的技術方案：