短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及衛(wèi)星測控技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于星載全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (Global化vigation Satellite System,GNS巧觀測數(shù)據(jù)的短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方 法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星自主軌道確定技術(shù)，簡稱衛(wèi)星自主定軌，是指衛(wèi)星不依賴于地面支持，而完全 基于自載儀器設(shè)備，實時地確定自身位置和速度的技術(shù)。目前能夠?qū)崿F(xiàn)自主定軌的系統(tǒng)有 Ξ種：一是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有隱蔽性強，自主性好等優(yōu)點，缺點是隨著衛(wèi)星的長時 間運行，系統(tǒng)誤差不斷積累，導(dǎo)致定位精度越來越差；二是天文定軌系統(tǒng)。該系統(tǒng)的缺點在 于受限于天體的可見性；Ξ是GNSS。該系統(tǒng)通過測量用戶星與導(dǎo)航星之間的偽距或載波相 位W及它們的變化率來確定用戶星的位置和速度。與前兩個系統(tǒng)相比，GNSS具有精度高， 成本低，設(shè)備輕便等特點，已在低軌道衛(wèi)星上得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 目前，在低軌衛(wèi)星上廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星自主定軌方法主要有幾何學(xué)軌道確定方法、 基于幾何法實時定軌結(jié)果的動力學(xué)濾波算法和基于偽距觀測數(shù)據(jù)的濾波算法。前兩種方法 在可視導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)不足四顆的情況下均無法完成自主定軌，第Ξ種方法在可視導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù) 長期不足四顆時定軌效果也十分不理想。
[0004] 由于GNSS衛(wèi)星均分布在中等高度的衛(wèi)星軌道上，導(dǎo)航信號發(fā)射天線向地面方向 發(fā)射，導(dǎo)致了中高軌衛(wèi)星僅能接收來自地球?qū)γ娴膶?dǎo)航信號，首先，由于運種情況信號強度 低，觀測質(zhì)量差，可視導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)長期不足四顆，因此運些較差的觀測條件限制了 GNSS技 術(shù)在中高軌衛(wèi)星測控領(lǐng)域中的應(yīng)用。其次，衛(wèi)星為了完成一定的科學(xué)任務(wù)，需要具有Ξ軸姿 態(tài)大角度敏捷機動能力。在機動情況下，GNSS接收機可觀測導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)時常不足四顆，不 能保證一直定位。最后，衛(wèi)星工作時需要調(diào)整通信天線W對準(zhǔn)中繼衛(wèi)星，完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)热?務(wù)。在調(diào)整天線指向時，可能會對GNSS天線產(chǎn)生物理遮擋，影響GNSS接收機跟蹤捕獲的導(dǎo) 航衛(wèi)星數(shù)。 陽0化]綜上所述，現(xiàn)有的衛(wèi)星自主定軌方法適用范圍有限，不適用于觀測條件較差的衛(wèi) 星，無法滿足中高軌衛(wèi)星和快速機動衛(wèi)星的自主定軌需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，為克服上述至少一個缺點，并提供下述至少一種優(yōu)點。本發(fā)明公開了一 種短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方法及裝置。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0008] 一種短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方法，包括：
[0009] 步驟S11、采集當(dāng)前觀測弧段的GNSS觀測數(shù)據(jù)，并基于所述GNSS觀測數(shù)據(jù)獲得整 個所述觀測弧段的無粗差星間單差觀測數(shù)據(jù)；
[0010] 步驟S12、W所述觀測弧段終點時刻預(yù)報的衛(wèi)星狀態(tài)信息為先驗信息，積分預(yù)報所 述觀測弧段所有觀測時刻的衛(wèi)星狀態(tài)信息；
[0011] 步驟S13、基于所述無粗差星間單差觀測數(shù)據(jù)和積分預(yù)報的所述衛(wèi)星狀態(tài)信息，采 用批處理方法迭代估計衛(wèi)星狀態(tài)信息；
[0012] 步驟S14、基于迭代估計的所述衛(wèi)星狀態(tài)信息計算驗后殘差和，并基于所述驗后殘 差和判斷所述迭代估計的斂散性，如果判斷結(jié)果為收斂則執(zhí)行步驟S15 ;
[0013] 步驟S15、基于所述迭代估計的衛(wèi)星狀態(tài)信息積分預(yù)報下一觀測弧段的衛(wèi)星狀態(tài) 信息；
[0014] 步驟S16、根據(jù)所述GNSS觀測數(shù)據(jù)計算接收機鐘差，統(tǒng)計預(yù)報下一觀測弧段的接 收機鐘差；
[0015] 步驟S17、將所述下一觀測弧段的接收機鐘差置入導(dǎo)航信號跟蹤環(huán)路，并進入下一 觀測弧段，執(zhí)行步驟S11-S17。
[0016] 如上所述的短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方法，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述步 驟S12中基于式（5)計算所述觀測弧段所有觀測時刻的衛(wèi)星狀態(tài)信息：
[0017]
[001引其中，Z1表示第i個觀測時刻的觀測數(shù)據(jù)，T 1表示第i個觀測時刻與所述當(dāng)前弧 段起點時刻的時間差，X。表示所述當(dāng)前觀測弧段終點時刻的衛(wèi)星的狀態(tài)信息，Xe"f表示參考 初始狀態(tài)信息，g狂1)及h狂。，r)表示第i個觀測時刻根據(jù)預(yù)報的衛(wèi)星狀態(tài)信息計算出的觀 測數(shù)據(jù)，為第i個觀測時刻的觀測噪聲。
[0019] 如上所述的短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方法，在一種可能的實現(xiàn)方式中，
[0020] 所述步驟S13中基于式（8)迭代估計衛(wèi)星狀態(tài)信息：
[0022] 其中，義。?+1表示第j+1次迭代估計的衛(wèi)星初始狀態(tài)信息，（式;'7)'表示第j次迭
[0021] (8) 代估計的衛(wèi)星初始狀態(tài)信息
，Ε(ε"ε?) =Ri， / =方_思:。
[0023] 如上所述的短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方法，在一種可能的實現(xiàn)方式中，
[0024] 所述步驟S14中基于式（9)計算驗后殘差和：
[0026] 其中，U'"表示第j+1次迭代估計的驗后殘差和。[0027] 如上所述的短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方法，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述衛(wèi) 陽0巧] C9) 星狀態(tài)信息包括衛(wèi)星軌道信息，或所述衛(wèi)星軌道信息和動力學(xué)參數(shù)，所述動力學(xué)參數(shù)包括 大氣阻力參數(shù)和太陽光壓系數(shù)。
[0028] 如上所述的短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌方法，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述基 于所述GNSS觀測數(shù)據(jù)獲得整個所述弧段的無粗差的星間單差觀測數(shù)據(jù)包括：
[0029] 基于所述GNSS觀測數(shù)據(jù)生成整個所述觀測弧段的星間單差觀測數(shù)據(jù)；
[0030] 根據(jù)所預(yù)報的衛(wèi)星的軌道信息對所述星間單差觀測數(shù)據(jù)進行粗差探測和剔除，得 到無粗差的星間單差觀測數(shù)據(jù)。
[0031] 一種短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌裝置，包括：
[0032] 采集模塊，用于采集當(dāng)前觀測弧段的GNSS觀測數(shù)據(jù)，并基于所述GNSS觀測數(shù)據(jù)獲 得整個所述觀測弧段的無粗差星間單差觀測數(shù)據(jù)；
[0033] 第一積分預(yù)報模塊，用于W所述觀測弧段終點時刻預(yù)報的衛(wèi)星狀態(tài)信息為先驗信 息，積分預(yù)報所述觀測弧段所有觀測時刻的衛(wèi)星狀態(tài)信息；
[0034] 迭代估計模塊，用于基于所述無粗差星間單差觀測數(shù)據(jù)和積分預(yù)報的所述衛(wèi)星狀 態(tài)信息，采用批處理方法迭代估計衛(wèi)星狀態(tài)信息；
[0035] 判斷模塊，用于基于迭代估計的所述衛(wèi)星狀態(tài)信息計算驗后殘差和，并基于所述 驗后殘差和判斷所述迭代估計的斂散性；
[0036] 第二積分預(yù)報模塊，用于在所述判斷模塊的判斷結(jié)果為收斂時基于所述迭代估計 的衛(wèi)星狀態(tài)信息積分預(yù)報下一觀測弧段的衛(wèi)星狀態(tài)信息；
[0037] 鐘差計算模塊，用于根據(jù)所述GNSS觀測數(shù)據(jù)計算接收機鐘差，統(tǒng)計預(yù)報下一觀測 弧段的接收機鐘差；W及
[0038] 校正模塊，用于將所述下一觀測弧段的接收機鐘差置入導(dǎo)航信號跟蹤環(huán)路，并進 入下一觀測弧段。
[0039] 如上所述的短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第 一積分預(yù)報模炔基于式（5)計算所述觀測弧段所有觀測時刻的衛(wèi)星狀態(tài)信息：
[0040]
[OOW 其中，Z1表示第i個觀測時刻的觀測數(shù)據(jù)，T 1表示第i個觀測時刻與所述當(dāng)前弧 段起點時刻的時間差，X。表示所述當(dāng)前觀測弧段終點時刻的衛(wèi)星的狀態(tài)信息，Xe"f表示參考 初始狀態(tài)信息，g狂1)及h狂。，r)表示第i個觀測時刻根據(jù)預(yù)報的衛(wèi)星狀態(tài)信息計算出的觀 測數(shù)據(jù)，為第i個觀測時刻的觀測噪聲。
[0042] 如上所述的短弧段批處理衛(wèi)星自主定軌裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述迭 代估計模炔基于式（8)迭代估計衛(wèi)星狀態(tài)信息：
[0043]