衛(wèi)星自主定軌方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星自主定軌領(lǐng)域，涉及一種衛(wèi)星自主定軌方法及系統(tǒng)，特別涉及一 種簡(jiǎn)單的適用于星載GNSS的自主定軌方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，各類衛(wèi)星在科學(xué)實(shí)踐中起著越來越大作用。同時(shí)、 衛(wèi)星任務(wù)越來越多，而小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星的星載處理器計(jì)算能力有限，處理器計(jì)算資源分配 越來越緊張。另一方面，未來航天任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)高精度衛(wèi)星自主定軌，高精度軌道預(yù)報(bào)提出更 高要求，自主定軌算法需要綜合考慮各種復(fù)雜力學(xué)模型，高精度的自主定軌結(jié)果需要更高 階數(shù)的各種模型參數(shù)，從而需要占用更多的計(jì)算資源，對(duì)星載處理器計(jì)算能力提出更高要 求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決上述至少一項(xiàng)不足或缺點(diǎn)，并提供下述至少一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，提出了一種 自主定軌方法及系統(tǒng)，本發(fā)明可適用于星載GNSS系統(tǒng)，用于解決星載自主定軌算法計(jì)算量 大，占用星載處理器計(jì)算資源過多的問題，通過采用本發(fā)明可在占用較少星載處理器計(jì)算 資源的情況下，允許星載自主定軌算法選用更復(fù)雜、更精確的計(jì)算模型，從而輸出更高精度 的軌道信息。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -方面，本發(fā)明提供了一種自主定軌方法，包括以下步驟：
[0006] 在濾波初始化階段，利用Μ步濾波啟動(dòng)操作完成濾波初始化；
[0007] 在對(duì)應(yīng)于每個(gè)濾波時(shí)刻的濾波執(zhí)行周期中，利用Ν步濾波執(zhí)行操作進(jìn)行濾波。
[0008] 進(jìn)一步的，在兩個(gè)所述濾波執(zhí)行周期之間，只利用軌道插值處理確定衛(wèi)星軌道。
[0009] 進(jìn)一步的，所述軌道插值處理5階Hermite多項(xiàng)式。
[0010] 進(jìn)一步的，在每個(gè)所述濾波執(zhí)行周期中，利用濾波更新的衛(wèi)星軌道狀態(tài)作為初值， 計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程獲取下一預(yù)報(bào)時(shí)刻的衛(wèi)星軌道狀態(tài)。
[0011] 進(jìn)一步的，所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程采用4階的Runge-Kutta積分方法。
[0012] 另一方面，本發(fā)明提供了一種自主定軌系統(tǒng)，其特征在于包括：
[0013] 濾波初始化模塊，用于在濾波初始化階段，利用Μ步濾波啟動(dòng)操作完成濾波初始 化；
[0014] 濾波執(zhí)行模塊，用于在對(duì)應(yīng)于每個(gè)濾波時(shí)刻的濾波執(zhí)行周期中，利用Ν步濾波執(zhí) 行操作進(jìn)行濾波。
[0015] 進(jìn)一步的，還包括：軌道插值模塊，用于利用軌道插值處理確定衛(wèi)星軌道，且在兩 個(gè)所述濾波執(zhí)行周期之間，只利用軌道插值處理確定衛(wèi)星軌道。
[0016] 進(jìn)一步的，所述軌道插值模塊采用5階Hermite多項(xiàng)式進(jìn)行軌道插值處理。
[0017] 進(jìn)一步的，所述濾波執(zhí)行模塊，在每個(gè)所述濾波執(zhí)行周期中，利用濾波時(shí)刻的衛(wèi)星 軌道狀態(tài)作為初值，計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程，并利用積分運(yùn)算獲取下一預(yù)報(bào)時(shí)刻的衛(wèi)星軌道狀 〇
[0018] 進(jìn)一步的，所述濾波執(zhí)行模塊采用4階的Runge-Kutta積分方法作為所述衛(wèi)星運(yùn) 動(dòng)方程。
[0019] 本發(fā)明在濾波初始化和濾波執(zhí)行時(shí)，通過分步實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)了一種以 空間換時(shí)間的策略，同時(shí)，分步操作的劃分可根據(jù)處理器性能和星上對(duì)自主定軌算法的計(jì) 算資源分配，結(jié)合算法各功能模塊對(duì)計(jì)算資源的消耗量，對(duì)算法進(jìn)行分時(shí)計(jì)算。分時(shí)各步的 計(jì)算量相當(dāng)，每一步分時(shí)計(jì)算耗時(shí)均衡。在濾波初始化完成之后，利用軌道內(nèi)插進(jìn)行自主定 軌，同時(shí)提高了自主定軌的精度。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例自主定軌方法流程圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例分步操作時(shí)序圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)模塊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面 將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅 是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在 沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例自主定軌方法流程圖。
[0026] 參考圖1，衛(wèi)星在軌道運(yùn)行過程中，通過自主定軌完成對(duì)衛(wèi)星軌道狀態(tài)的確定。為 了滿足未來航天任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)高精度衛(wèi)星軌道的需求，使用高階的地球重力場(chǎng)模型參數(shù)進(jìn)行 定軌濾波。在如圖1所示，衛(wèi)星在運(yùn)行過程中始終獲取用于完成定軌的觀測(cè)數(shù)據(jù)，該觀測(cè)數(shù) 據(jù)包括導(dǎo)航星星歷、偽距、載波相位、多普勒數(shù)據(jù)等。在進(jìn)行自主定軌的初始階段，首先需要 進(jìn)行濾波的初始化，濾波初始化操作包括初始化衛(wèi)星初始位置速度、衛(wèi)星鐘差、鐘漂、大氣 阻力攝動(dòng)、光壓攝動(dòng)、補(bǔ)償加速度等信息，在本發(fā)明實(shí)施例中，為保證運(yùn)算資源的合理分配， 采用分步執(zhí)行的方式完成濾波初始化，設(shè)利用Μ步濾波啟動(dòng)操作對(duì)整個(gè)的濾波初始化進(jìn)行 劃分，從而可將整個(gè)濾波初始化階段的運(yùn)算操作及處理分配到Μ步濾波啟動(dòng)操作中完成。 經(jīng)過對(duì)濾波初始化的劃分，在完成Μ步濾波啟動(dòng)操作后，完成濾波初始化階段。在本發(fā)明實(shí) 施例中，從第1步~第Μ步依次進(jìn)行劃分完成的濾波啟動(dòng)操作，在完成第Μ步濾波啟動(dòng)操作 后，濾波初始化階段結(jié)束，并且同時(shí)生成用于進(jìn)行軌道插值操作的起始端點(diǎn)和終止端點(diǎn)。
[0027] 進(jìn)一步參考圖1，在完成濾波初始化階段后，在隨后的每個(gè)濾波時(shí)刻，都會(huì)進(jìn)入與 當(dāng)前濾波時(shí)刻對(duì)應(yīng)的濾波執(zhí)行周期，在每個(gè)濾波執(zhí)行周期中，濾波執(zhí)行操作同樣按步進(jìn)行， 設(shè)每個(gè)濾波執(zhí)行周期中利用Ν步完成濾波執(zhí)行操作，則每個(gè)濾波執(zhí)行周期中依次進(jìn)行Ν步 濾波執(zhí)行操作。
[0028] 同樣，進(jìn)一步參考圖1，在完成每個(gè)濾波執(zhí)行周期后，在下一個(gè)濾波時(shí)刻到來前，處 于兩個(gè)相鄰濾波時(shí)刻之間的間隔期，在該間隔期，則進(jìn)行軌道插值（軌道內(nèi)插）操作，用于 根據(jù)濾波執(zhí)行周期中確定的軌道內(nèi)插的起始端點(diǎn)和終止端點(diǎn)，完成插值運(yùn)算。除在每?jī)蓚€(gè) 相鄰濾波時(shí)刻之間進(jìn)行該軌道內(nèi)插操作外，在濾波初始化階段完成后，且未到達(dá)濾波時(shí)刻 的間隔期，同樣進(jìn)行軌道內(nèi)插操作，該軌道內(nèi)插操作利用的起始端點(diǎn)和終止端點(diǎn)則由上述 的濾波啟動(dòng)操作生成。
[0029] 在上述濾波執(zhí)行周期中，根據(jù)當(dāng)前濾波時(shí)刻的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波更新，得到濾波 時(shí)刻更新后的衛(wèi)星軌道狀態(tài)。以此更新后的衛(wèi)星軌道狀態(tài)作為初值，利用衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程 (其中包含地球非球形引力、大氣阻力等計(jì)算量很大的攝動(dòng)模型）進(jìn)行計(jì)算預(yù)報(bào)下一時(shí)刻 的衛(wèi)星軌道狀態(tài)。將濾波更新的衛(wèi)星狀態(tài)和預(yù)報(bào)時(shí)刻的衛(wèi)星狀態(tài)作為軌道內(nèi)插的起始端點(diǎn) 和終止端點(diǎn)。
[0030] 上述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算選用4階的Runge-Kutta積分方法，并選用5階Hermite 多項(xiàng)式進(jìn)行軌道內(nèi)插，得到當(dāng)前時(shí)刻的衛(wèi)星位置和速度矢量。在濾波執(zhí)行周期的間隔進(jìn)行 的軌道內(nèi)插的計(jì)算量很小，其插值精度與軌道積分處于同一量級(jí)。
[0031] 在本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)濾波初始化和濾波執(zhí)行進(jìn)行分步處理，需根據(jù)各個(gè)不同處 理階段的運(yùn)算量和耗時(shí)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)星載處理器計(jì)算性能和星上用戶對(duì)自主定軌算法軟 件的實(shí)時(shí)性要求，按各模塊計(jì)算耗時(shí)大小對(duì)濾波初始化階段的