基于gnss精密定軌的圓軌道切向小推力在軌標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于GNSS精密定軌的圓軌道切向小推力在軌標(biāo)定方法，標(biāo)定后的切向推力F用于航天器軌道控制。利用GNSS測(cè)量得到的航天器位置信息，采用Unscented卡爾曼濾波方法，得到J2000坐標(biāo)系下航天器位置和速度信息的估計(jì)值。根據(jù)位置和速度信息的估計(jì)值，計(jì)算出航天器的瞬時(shí)軌道半長(zhǎng)軸。針對(duì)每一個(gè)測(cè)量時(shí)刻，將該時(shí)刻前一個(gè)軌道交點(diǎn)周期內(nèi)的軌道瞬時(shí)半長(zhǎng)軸求平均值，得到該時(shí)刻的平均軌道半長(zhǎng)軸。將圓軌道切向推力作用前后的平均軌道半長(zhǎng)軸作差，得到軌道半長(zhǎng)軸變化量Δa，根據(jù)Δa計(jì)算得到圓軌道切向推力標(biāo)定值。本發(fā)明計(jì)算過程完全利用GNSS獲得的實(shí)時(shí)軌道數(shù)據(jù)，無需地面測(cè)控站數(shù)據(jù)支持，方法標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，算法簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】基于GNSS精密定軌的圓軌道切向小推力在軌標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于GNSS (Global Navigation Satellite System,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))精密定軌的圓軌道切向小推力在軌標(biāo)定方法，屬于航天器在軌標(biāo)定【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]空間推進(jìn)系統(tǒng)通過推力作用實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器的軌道與姿態(tài)控制。電推進(jìn)作為一種先進(jìn)的空間推進(jìn)技術(shù)，除了具有高比沖、高效率、長(zhǎng)壽命等突出特點(diǎn)之外，還具備的一個(gè)顯著特點(diǎn)是能夠產(chǎn)生小推力以實(shí)現(xiàn)軌道、姿態(tài)的高精度控制。采用電推進(jìn)技術(shù)的推力發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用于空間系統(tǒng)中，在地球同步軌道衛(wèi)星位置保持、超靜平臺(tái)無拖曳控制、遠(yuǎn)深空探測(cè)等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]為提高電推進(jìn)系統(tǒng)在航天器軌道控制應(yīng)用中的控制精度，需要對(duì)電推進(jìn)系統(tǒng)的推力大小、特別是小推力進(jìn)行在軌標(biāo)定。目前，電推進(jìn)系統(tǒng)的推力標(biāo)定主要有兩種方法:一種方法是依靠地面測(cè)試，即通過地面試驗(yàn)獲得推力大小和電推進(jìn)系統(tǒng)工作時(shí)的電壓、電流等信號(hào)的擬合曲線關(guān)系。電推進(jìn)系統(tǒng)在軌工作時(shí)，根據(jù)工作電壓、電流的遙測(cè)信號(hào)，與地面試驗(yàn)結(jié)果比較，間接獲得電推進(jìn)系統(tǒng)在軌產(chǎn)生的推力數(shù)值。由于地面環(huán)境和空間環(huán)境存在較大差異性，這種依靠地面試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)電推進(jìn)系統(tǒng)在軌工作的實(shí)際推力、特別是小推力進(jìn)行標(biāo)定的方法無法保證標(biāo)定結(jié)果的可靠性和精確性。另一種方法是通過地面站對(duì)航天器軌道進(jìn)行測(cè)控，根據(jù)測(cè)控信息判斷電推進(jìn)推力作用前后航天器軌道參數(shù)的變化，由此計(jì)算推力大小。受地面站位置及數(shù)量的制約，地面測(cè)控?zé)o法實(shí)現(xiàn)高精度、全實(shí)時(shí)的軌道參數(shù)測(cè)量，因此，地面測(cè)控精度很難實(shí)現(xiàn)對(duì)小推力的在軌標(biāo)定。上述兩種方法都無法保證標(biāo)定結(jié)果的精確性，具有較大的局限性

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于GNSS測(cè)量數(shù)據(jù)的圓軌道切向小推力在軌標(biāo)定方法，該方法克服了攝動(dòng)因素和測(cè)量誤差對(duì)微小推力標(biāo)定精度的影響，提聞了標(biāo)定結(jié)果的可罪性和精確性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]一種基于GNSS精密定軌的圓軌道切向小推力在軌標(biāo)定方法，標(biāo)定后的切向推力F用于航天器軌道控制，具體步驟如下:
[0007]步驟一、利用GNSS測(cè)量得到的測(cè)量時(shí)刻tk (k = O, I,...η)的WGS-84坐標(biāo)系下航天器的位置信息，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到tk時(shí)刻J2000坐標(biāo)系下航天器的位置信息；
[0008]步驟二、以J2000坐標(biāo)系下航天器的位置信息作為測(cè)量量，獲得航天器的位置和速度信息的估計(jì)值；
[0009]步驟三、利用濾波處理后的航天器位置和速度信息估計(jì)值計(jì)算航天器tk時(shí)刻(k=0，1，...η)的瞬時(shí)軌道半長(zhǎng)軸;
[0010]步驟四、針對(duì)每一個(gè)測(cè)量時(shí)刻tk (k = O, I,...η),將該時(shí)刻前一個(gè)軌道交點(diǎn)周期內(nèi)的軌道瞬時(shí)半長(zhǎng)軸求平均值，作為tk時(shí)刻的平均軌道半長(zhǎng)軸^;
[0011]步驟五、將圓軌道切向推力結(jié)束、并經(jīng)過一個(gè)軌道交點(diǎn)周期之后的時(shí)刻的平均軌道半長(zhǎng)軸和圓軌道切向推力開始前一個(gè)時(shí)刻的平均軌道半長(zhǎng)軸作差，得到圓軌道切向推力引起的軌道半長(zhǎng)軸的變化量Aa ;
[0012]步驟六、根據(jù)軌道半長(zhǎng)軸的變化量Aa，計(jì)算圓軌道切向推力的標(biāo)定量
【權(quán)利要求】
1.基于GNSS精密定軌的圓軌道切向小推力在軌標(biāo)定方法，標(biāo)定后的切向推力F用于航天器軌道控制，其特征在于步驟如下: 步驟一、利用GNSS測(cè)量得到的測(cè)量時(shí)刻tk(k = O，1，…η)的WGS-84坐標(biāo)系下航天器的位置信息，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到tk時(shí)刻J2000坐標(biāo)系下航天器的位置信息: 步驟二、以J2000坐標(biāo)系下航天器的位置信息作為測(cè)量量，獲得航天器的位置和速度信息的估計(jì)值； 步驟三、利用濾波處理后的航天器位置和速度信息估計(jì)值計(jì)算航天器tk時(shí)刻的瞬時(shí)軌道半長(zhǎng)軸4.； 步驟四、針對(duì)每一個(gè)測(cè)量時(shí)刻，將該時(shí)刻前一個(gè)軌道交點(diǎn)周期內(nèi)的軌道瞬時(shí)半長(zhǎng)軸求平均值，作為tk時(shí)刻的平均軌道半長(zhǎng)軸& ; 步驟五、將圓軌道切向推力結(jié)束、并經(jīng)過一個(gè)軌道交點(diǎn)周期之后的時(shí)刻的平均軌道半長(zhǎng)軸和圓軌道切向推力開始前一個(gè)時(shí)刻的平均軌道半長(zhǎng)軸作差，得到圓軌道切向推力引起的軌道半長(zhǎng)軸的變化量Aa; 步驟六、根據(jù)軌道半長(zhǎng)軸的變化量Λ a，計(jì)算圓軌道切向推力的標(biāo)定量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于GNSS精密定軌的圓軌道切向小推力在軌標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟二獲得航天器的位置和速度信息的估計(jì)值是采用unscented卡爾曼濾波方法實(shí)現(xiàn)，其中將h時(shí)刻的濾波估計(jì)值無申及其對(duì)應(yīng)的估計(jì)方差矩陣Ptlltl作為Unscented卡爾曼濾波方法的初始化狀態(tài)向量。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK103940431SQ201410144177
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】劉勇, 宋政吉, 李林凌, 高冀, 趙爍 申請(qǐng)人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部