專利名稱：一種日地月導(dǎo)航的地心方向的扁率修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種日地月導(dǎo)航的地心方向確定的扁率修正方法，屬于航天器自主導(dǎo)航領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
導(dǎo)航信息對于衛(wèi)星執(zhí)行飛行任務(wù)具有重要的意義。到目前為止，國內(nèi)外的衛(wèi)星導(dǎo)航主要依靠地面設(shè)備完成，這種導(dǎo)航方式存在著運(yùn)營昂貴、自主生存能力差等許多缺點(diǎn)。正是由于認(rèn)識到以地面測控為主的傳統(tǒng)模式在運(yùn)行和管理中存在的缺陷，對衛(wèi)星自主導(dǎo)航技術(shù)的研究引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。美國、俄羅斯、歐空局等從上個世紀(jì)六十年代就開始對衛(wèi)星自主導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)行研究，先后提出了多個以應(yīng)用衛(wèi)星為主要背景的自主導(dǎo)航系統(tǒng)方案，并研制了相應(yīng)的星載測量儀器，包括地平掃描儀、空間六分儀等。我國也一直在進(jìn)行航天器自主導(dǎo)航技術(shù)的研究和探索，但起步較晚，大多數(shù)的研究還只停留在方法論證階段。北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、北京控制工程研究所、中國科學(xué)院等單位的研究人員主要對基于星敏感器的自主導(dǎo)航方法，包括星光折射觀測法、星光+地平等自主導(dǎo)航方法進(jìn)行了研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)對基于“日-地-月”信息的衛(wèi)星自主導(dǎo)航技術(shù)以及針對小行星探測，利用星載光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)和激光雷達(dá)組合導(dǎo)航等自主導(dǎo)航方法進(jìn)行了研究。然而，出于質(zhì)量、成本、功耗以及批量生產(chǎn)等考慮，小型化、一體化、低成本已成為未來自主導(dǎo)航敏感器的發(fā)展趨勢。美國Microcosm公司研制的MANS自主導(dǎo)航系統(tǒng)，利用專用的一體化敏感器根據(jù)日、地、月的在軌測量數(shù)據(jù)實(shí)時確定航天器的軌道和三軸姿態(tài)，是完全意義上的自主導(dǎo)航系統(tǒng)(Anthony J. Autonomous Space Navigation Experiment [C]. AIAA 92-1710,1992.禾口Collins J T and Conger R E· MANS -Autonomous Navigation and Orbit Control for Communication Satellites[C]· AIAA 94-1127-CP，1994.以及 Hosken R W, Wertz J R. Microcosm autonomous navigation system on-orbit operation[C]. Keystone, Colorado :The 18th Annual AAS Guidance and Control Conference， AAS 95-074,1995.)。由于太陽、地球、月亮是自然天體，其運(yùn)動規(guī)律清楚且容易識別，導(dǎo)航資源不受限制。因此，研究該自主導(dǎo)航技術(shù)具有重要的工程應(yīng)用價值。早在1994年3月美國空軍發(fā)射的“空間試驗(yàn)平臺-D”航天器就搭載該系統(tǒng)進(jìn)行了在軌飛行試驗(yàn)(Wertz J R. Implementing autonomous orbit control[C] · Breckenridge, Colorado-Proceedings of the Annual AAS Guidance and Control Conference, AAS 96—004，1996.)。北京控制工程研究所對日地月自主導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航敏感器的特點(diǎn)及系統(tǒng)的導(dǎo)航算法進(jìn)行了理論分析和研究(李捷，陳義慶.航天器自主導(dǎo)航技術(shù)的新進(jìn)展[J].控制工程，1997，(1) :76 81.)。但是，由于傳統(tǒng)的基于日地月測量的自主導(dǎo)航算法存在著導(dǎo)航精度低的問題，大大影響和制約了基于日地月測量的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用(Tai Frank, Noerdlinger Peter D. A Low Cost Autonomous Navigation System[C]. AAS 89-001,1989.禾口 Daniele Mortari. Moon-Sun Attitude Sensor[J]. Journal of Spacecraft and Rockets,1997, 34(3) :360 364.以及李季陸，陳義慶，孫承啟.一種MANS自主導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度分析[J].控制工程，1998，( :1 6.)。隨著航天事業(yè)的發(fā)展，對衛(wèi)星導(dǎo)航的精度提出了越來越高的要求。例如為國民經(jīng)濟(jì)和軍事技術(shù)服務(wù)的導(dǎo)航衛(wèi)星、測地衛(wèi)星和偵察衛(wèi)星等，都需要測軌系統(tǒng)提供其在空間運(yùn)行的高精度軌跡和空間軌跡，從而為用戶做到精確導(dǎo)航定位，測定地面點(diǎn)位的精確位標(biāo)，或者有效監(jiān)測、跟蹤目標(biāo)并確定目標(biāo)的精確位置等等?？傊瑢?shí)現(xiàn)高精度的衛(wèi)星自主導(dǎo)航，如何提高基于日地月測量的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度更成為國際航天導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有不足，給出了一種考慮地球扁率的地心方位確定的方法，能夠有效的對地球扁率帶來的影響進(jìn)行修正，大大提高了基于日地月測量信息的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種日地月導(dǎo)航的地心方向的扁率修正方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下第一步不考慮地球扁率，計算地心方位和地心距，地心方位計算如下a.由地球敏感器輸出的掃進(jìn)的脈沖、，和掃出脈沖，計算地球敏感器掃描探頭的掃進(jìn)方位角、，和掃出方位角a i_out
權(quán)利要求
1. 一種日地月導(dǎo)航的地心方向的扁率修正方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下 第一步不考慮地球扁率，計算地心方位和地心距， 地心方位計算如下a.由地球敏感器輸出的掃進(jìn)的脈沖、，和掃出脈沖，計算地球敏感器掃描探頭的掃進(jìn)方位角、，和掃出方位角a i_out
全文摘要
一種基于日地月方位信息的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的地心方位的扁率修正方法，首先不考慮地球扁率影響，利用球面幾何關(guān)系計算出地心方位和地心距。然后考慮地球扁率，建立地球敏感器掃描地平邊緣時滿足的幾何約束方程，并結(jié)合大致的地心方位和地心距，反解出考慮扁率效應(yīng)的地心方位信息。本發(fā)明在對考慮地球扁率的地心方向確定進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出了一種考慮地球扁率的地心方向確定方法，大大提高了基于日地月測量信息的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。
文檔編號G01C21/02GK102538784SQ20111044204
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者劉良棟, 張斌, 李茂登, 王大軼, 黃翔宇 申請人:北京控制工程研究所