一種面向編隊飛行的相對導(dǎo)航測速及組合導(dǎo)航方法
【專利摘要】一種面向編隊飛行的相對導(dǎo)航測速及組合導(dǎo)航方法，相對導(dǎo)航測速包括獲得每個航天器與各導(dǎo)航星之間的相對速度，計算航天器相對于每顆導(dǎo)航星的速度之間的差值，建立基于星光多普勒的相對速度測量模型；組合導(dǎo)航方法包括建立面向編隊飛行的軌道動力學(xué)模型，建立X射線脈沖星導(dǎo)航測距模型，建立星間鏈路測距模型，建立基于星光多普勒的相對導(dǎo)航測速模型，利用擴展卡爾曼濾波器濾波，在脈沖星觀測期間濾波器中的測量模型采用面向編隊飛行的軌道動力學(xué)模型和基于星光多普勒的相對導(dǎo)航測速模型，一旦獲得了脈沖到達時間還綜合X射線脈沖星導(dǎo)航測距模型。
【專利說明】一種面向編隊飛行的相對導(dǎo)航測速及組合導(dǎo)航方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器自主導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種基于天文測速測距信息的編隊飛行自主導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002]編隊飛行是航天技術(shù)中的新領(lǐng)域。編隊飛行可增加冗余備份，降低成本，提供多點平臺。在深空探測編隊飛行領(lǐng)域，絕對和相對導(dǎo)航精度都是十分重要的，特別是相對導(dǎo)航精度。
[0003]目前，在深空探測巡航段，有以下幾種方法可用于自主導(dǎo)航:(I)X射線脈沖星導(dǎo)航。X射線脈沖星導(dǎo)航可提供測距信息。兩個航天器獲得的測距信息之差即為相對導(dǎo)航信息。但該相對導(dǎo)航信息精度低。(2)星間鏈路。星間鏈路提供了高精度的相對距離信息。由于不含方位信息，該方式不能提供高精度的相對位置信息。(3)視覺相對導(dǎo)航。當兩個航天器距離較近時，視覺相對導(dǎo)航能提供高精度的相對方位信息。
[0004]在組合導(dǎo)航方面，熊凱在《Acta Astronautica (宇航學(xué)報)》(2009年64卷427-436)上發(fā)表了學(xué)術(shù)論文〈〈The use of X-ray pulsars for aiding navigation ofsatellites in constellations (X射線脈沖星在衛(wèi)星星座輔助導(dǎo)航中的應(yīng)用)》。在該文中，熊凱將脈沖星導(dǎo)航和星間鏈路這兩者相結(jié)合。相對導(dǎo)航精度有所提高，結(jié)合軌道動力學(xué)模型，還可提供絕對導(dǎo)航信息。但是，相對導(dǎo)航精度還是有限，有待提高。熊凱還在((Acta Astronautica (宇航學(xué)報)》(2013年86卷10-23)上發(fā)表了學(xué)術(shù)論文《Autonomousnavigation for a group of satellites with star sensors and inter-satellitelinks (利用星敏感器和星間鏈路的衛(wèi)星自主導(dǎo)航)》。該方法結(jié)合了視覺相對導(dǎo)航和星間鏈路，當兩顆衛(wèi)星距離較近時可提高相對導(dǎo)航精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種基于星光多普勒的相對導(dǎo)航測速方法，旨在為編隊飛行導(dǎo)航系統(tǒng)提供更高精度的相對導(dǎo)航速度信息。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明將其與脈沖星導(dǎo)航、星間鏈路相結(jié)合，提出一種面向編隊飛行任務(wù)的天文測速測距組合導(dǎo)航方法，旨在為編隊飛行導(dǎo)航系統(tǒng)提供更高精度的絕對和相對導(dǎo)航信息。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種面向編隊飛行的相對導(dǎo)航測速方法，基于相對速度測量模型進行相對導(dǎo)航測速，包括以下步驟，
[0007]步驟Al，獲得每個航天器與各導(dǎo)航星之間的相對速度，設(shè)編隊飛行的兩個航天器分別記為航天器O和航天器I，記Vdci和vD1分別為航天器O和I相對于某顆導(dǎo)航星的速度；
[0008]步驟A2，計算航天器O和I相對于每顆導(dǎo)航星的速度之間的差值如下，
[0009]Vrsl =Vm-Vm = S1 -(V0-Vi) +式一
[0010]其中，I = 1，2，...，L，L為導(dǎo)航星的數(shù)量，為航天器O和I相對于第I顆導(dǎo)航星的相應(yīng)速度VD(1、VD1之間的差值為第I顆導(dǎo)航星的方位矢量，V0和V1分別是航天器O和航天器I的速度矢量，4為第I顆導(dǎo)航星的測量噪聲；
[0011]步驟A3，建立基于星光多普勒的相對速度測量模型如下，
[0012]Ys (t) = hs (X，t) + ω v 式二
[0013]其中，相對速度測量值Ys，相對速度測量函數(shù)hs，測量噪聲矢量ω ν定義如下，
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種面向編隊飛行的相對導(dǎo)航測速方法，其特征在于:基于相對速度測量模型進行相對導(dǎo)航測速，包括以下步驟， 步驟Al，獲得每個航天器與各導(dǎo)航星之間的相對速度，設(shè)編隊飛行的兩個航天器分別記為航天器O和航天器1，記Vdci和vD1分別為航天器O和I相對于某顆導(dǎo)航星的速度；步驟A2，計算航天器O和I相對于每顆導(dǎo)航星的速度之間的差值如下，
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述面向編隊飛行的相對導(dǎo)航測速方法實現(xiàn)的組合導(dǎo)航方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟BI，建立面向編隊飛行的軌道動力學(xué)模型如下， 設(shè)編隊飛行的狀態(tài)矢量表示為，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述組合導(dǎo)航方法，其特征在于:第j顆脈沖星的相應(yīng)項h(X(t)，t)的表達式如下:
【文檔編號】G01C21/24GK103900577SQ201410151098
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】劉勁, 鐘敏, 吳謹, 熊凌, 李娟 , 鄧慧萍, 楊莘 申請人:武漢科技大學(xué)