[發明專利]一種脈沖星自主導航脈沖相位估計系統及方法

在審

• 申請號: 202211066264.8
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115373003A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 李璟璟;王文叢;徐源;劉金勝;宋娟;徐延庭;王博
• 申請（專利權）人: 山東航天電子技術研究所
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 北京金碩果知識產權代理事務所(普通合伙) 11259
• 代理人: 郝曉霞

本發明屬于空間飛行器脈沖星自主導航技術領域，提供一種脈沖星自主導航脈沖相位估計系統及方法，其以分布式布局的衛星系統為載體，包括高精度時間同步計時系統，脈沖星探測載荷單元，星光矢量敏感載荷單元，地球敏感載荷單元，星間鏈路載荷單元。本發明還提出脈沖觀測輪廓和星光角距新的融合方法，該方法是一種脈沖星和星光角距的深度融合方法，能夠有效利用具有星間鏈路的各種類型的衛星，搭載具有本發明需要功能的載荷，實現脈沖相位估計。本發明通過引入同一時刻的多個星光角距測量值，能夠實現輪廓幅值按bin濾波，實現高精度脈沖相位融合估計。

技術領域

本發明屬于空間飛行器脈沖星自主導航技術領域，具體涉及一種脈沖星自主導航脈沖相位估計系統及方法。

背景技術

脈沖星自主導航技術是衛星實現自主導航的新手段。在衛星利用脈沖星實現自主導航的過程中，對脈沖在參考點的相位進行估計是關系導航精度的關鍵技術。目前，脈沖星導航主要針對獨立衛星開展研究，進行導航和脈沖相位估計也是基于獨立衛星上搭載的脈沖星探測器及其數據處理軟硬件系統。對于脈沖相位的估計方法主要有：最小二乘法、最小方差法、最大相關法、最大似然法、頻域相關法以及相關的改進方法等。

近年來，為了提高脈沖星自主導航的精度，國內外技術人員開展了大量組合導航研究，將脈沖星導航與其他導航方式相融合，得到更高的導航精度。例如，采用脈沖星與星光角距組合導航方式，將脈沖相位觀測量與星光角距觀測量進行融合計算得到衛星位置。其方法特點是需要衛星分別獲得脈沖相位與星光角距，然后進行融合計算。也就是說，脈沖相位的提取與星光角距無關，二者是獨立的。星光角距不對脈沖相位估計精度提升有貢獻，其主要作用在于星光角距與脈沖相位共同構成位置觀測方程，與衛星運動學狀態方程進行融合，實現對定位精度的提升。該方法本質上是在融合定位的層面上實現導航定位的松耦合組合導航。

基于星間鏈路的分布式脈沖星導航也是近年來的研究熱點。星間鏈路為分布式衛星系統的通信、測距和時鐘同步提供了手段。分布式脈沖星自主導航利用不同的衛星分別對不同脈沖星進行觀測，獲得脈沖相位觀測量，基于星間鏈路測量數據，在數據處理單元中對不同的脈沖星相位觀測量進行統一處理，從而實現導航定位。如何實現基于星間鏈路的分布式脈沖星導航目前尚未有行之有效的方法。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種脈沖星自主導航脈沖相位估計系統，其具體技術方案如下：

一種脈沖星自主導航脈沖相位估計系統，其以分布式布局的衛星系統為載體，所述衛星系統以星間鏈路互聯，包括分布式布置的若干衛星，各衛星上搭載以下單元：

高精度時間同步計時系統，用于為整個系統提供統一的時間基準和高精度計時；

脈沖星探測載荷單元，用于對脈沖星的探測，獲取脈沖星到達衛星的光子到達時間序列信息；該光子序列以脈沖星周期進行輪廓折疊，生成觀測脈沖輪廓；

星光矢量敏感載荷單元，用于對恒星矢量的觀測；

地球敏感載荷單元，用于對地心矢量的提取；

星間鏈路載荷單元，用于實現衛星之間的通信和測距?；谄錅y量信息，實現衛星對脈沖星測量和星光角距的數據融合，所述星光角距由星光矢量和地心矢量構建。

優選的方案中，所述脈沖星探測載荷單元搭載于分布式布置于各衛星上，或搭載于至少一個實現脈沖相位估計的衛星上。

一種脈沖星自主導航脈沖相位估計方法，其包括如下的步驟：

A1：以S1，S2,Si……SN代表各衛星，脈沖星探測載荷單元、星光矢量敏感載荷單元、地球敏感載荷單元對恒星觀測矢量為s_i,i＝1,2,...，對地心觀測矢量為e_j,j＝1,2...，各衛星通過對恒星和地球觀測合成的星光角距為