[发明专利]飞行器相对测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于卫星应用领域，涉及一种飞行器间相对测量方法，特别涉及一 种编队飞行器间对的相对测量方法，

背景技术

近年来，随着微电子、微机械技术的突飞猛进及其在卫星上的普遍应用， 卫星出现了小型化、低成本的趋势。对地观测领域上，目前越来越多的型号任 务选择通过多颗微小卫星相互协同工作形成星座，完成对地观测任务。例如， 美欧合作的重力双星系统GRACEA/B相距220km，通过对星上GPS和KBR观测数 据的事后处理，实现重力场高阶高精度反演；美德合作的Terra-SAR、TanDEM 双星，在相距3km的基线上对地SAR成像，实现高精度的数字高程模型(DEM) 反演。而这些编队飞行卫星最终产品质量与卫星间的基线确定精度和系统时间 同步精度直接相关。

在低轨卫星精密定轨领域，通过在传统纯几何定轨方式引入单星动力学模 型，能够大大提高定轨精度。在双星相对定位中，目前很少采用动力学模型， 其中最为主要的原因是由于双星运动复杂，双星相对轨道动力学模型无法精确 建立。

发明内容

有鉴于此，为克服上述至少一个缺点，并提供下述至少一种优点。本发明 公开了一种飞行器相对测量方法及系统，采用本发明可以实现飞行器间相对状 态的测量。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面公开了一种飞行器相对测量方法，包括以下步骤：

获取两个飞行器的GNSS观测数据；

根据所述GNSS观测数据，确定飞行器编队飞行的各自轨道动力学模型,以 及构建飞行器的单差观测方程；

根据两个飞行器各自的轨道动力学模型确定两个飞行器间的相对轨道动力 学模型；

对所述相对轨道动力学模型、相对状态和单差观测方程进行滤波估计，并 确定飞行器间的相对状态。

进一步的，还包括对所述两个飞行器的GNSS观测数据进行预处理的步骤； 所述预处理包括：

根据两个飞行器间的时钟差，将所述两个飞行器的GNSS观测数据同步到同 一观测时刻。

进一步的，还包括：根据所述两个飞行器的GNSS观测数据构建飞行器的单 差观测方程。

进一步的，所述滤波估计同时对所述相对轨道动力学模型和所述单差观测 方程进行处理。

进一步的，所述相对轨道动力学模型通过所述两个飞行器各自的轨道动力 学模型做差获得。

进一步的，所述相对状态包括：两个飞行器间的相对位置、相对速度和相 对加速度。

本发明另一方面公开了一种飞行器相对测量系统，包括：

数据获取模块，用于获取两个飞行器各自的GNSS观测数据；

模型确定模块，用于根据所述GNSS观测数据，构建飞行器的单差观测方程 并确定飞行器编队飞行的各自轨道动力学模型；根据所述轨道动力学模型确定 两个飞行器间的相对轨道动力学模型；

滤波输出模块，用于对所述相对轨道动力学模型、相对状态和单差观测方 程进行滤波估计获取飞行器间的相对状态。

进一步的，所述数据获取模块还用于对获取的所述GNSS观测数据进行预处 理，所述预处理包括根据两个飞行器间的时钟差，将所述两个飞行器的GNSS观 测数据同步到同一观测时刻。

进一步的，所述模块确定模块，对所述轨道动力学模型做差获取所述相对 轨道动力学模型。

进一步的，所述滤波输出模块对所述相对轨道动力学模型和单差观测方程 同时进行滤波，所述单差观测方程通过根据所述两个飞行器的GNSS观测数据构 建。

通过采用上述技术方案，本发明的所达到的有益效果为：

本发明采用的是在单星高精度轨道动力学模型的基础上，通过获取飞行器 间的相对轨道动力学模型，在单差观测方程基础上，对相对坐标、相对钟差、 单差模糊度(单差观测方程)和相对轨道动力学系统等状态通过滤波技术进行 统一估计。相对于传统纯几何星间相对测量技术，本发明能够提高模糊度固定 成功率和相对测量精度。

同时本发明可以很好的满足对地观测编队卫星型号任务的需求，获得高精 度相对位置矢量和时间基准等信息，具有重要的应用价值和广阔的推广应用前 景。