[发明专利]一种基于GPS测量数据的卫星在轨轨道预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及天体力学中的卫星轨道预报技术领域，具体涉及一种基于GPS测量数据的卫星在轨轨道预报方法。

背景技术

随着目前国内外卫星技术的不断发展尤其是卫星组网的发展，对于卫星在轨自主能力的需求不断增加，在轨实时轨道确定成为判断卫星是否具有自主能力的首要条件。随着低成本全球导航系统接收机(包括美国的GPS及中国的北斗导航系统)的应用，在微小卫星上进行实时轨道确定进而提高小卫星的自主能力，已成为目前的一种发展趋势。

目前基于GPS测量信息的卫星实时在轨轨道确定主要采用Kalman滤波及基于轨道动力学模型的轨道确定技术，对卫星的瞬时轨道状态(位置和速度矢量)或密切轨道根数进行估计，以实时提供卫星的高精度轨道确定信息。其结果主要用于卫星各种实时应用，例如图像的地理定位编码、敏感器与可驱动天线的指向以及卫星三轴姿态控制。但对于采用这种轨道确定技术的导航系统，其结果很难用于长期的在轨星历预报(例如几个轨道周期后甚至几天后的轨道预报)，而这一点恰恰是卫星自主任务规划和自主管理所需要的。其主要原因是：基于瞬时轨道参数或密切轨道根数进行轨道预报，需要进行复杂的、计算量较大的轨道动力学数值积分运算过程，往往需要占用大量的星载计算机机时，因而不适于进行长期轨道预报。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种基于GPS测量数据的卫星在轨轨道预报方法，该方法针对目前常用的低轨近圆卫星轨道，基于解析的轨道动力学模型，采用Kalman滤波技术利用GPS测量信息对相关星历模型参数进行在轨估计。可对任意时间间隔的卫星星历进行预报，而不用按步长对轨道进行积分，其计算量相对较小，可对卫星进行中期或长期的轨道预报(多个轨道周期或一周以上)。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于GPS测量数据的卫星在轨轨道预报方法，包括以下步骤：

S1：根据初始化标志判断当前计算状态，是否需要进行初始化，若需要进行初始化，则执行S2，否则执行S4；

S2：根据初始化方法标志进行滤波器初始化，其中初始化方法分为三种：a)根据GPS测量数据进行滤波器初始化，即根据GPS提供的测量数据，计算所需测量时刻对应的轨道平根数集的初始猜测；b)根据地面上注的星历模型参数进行初始化；c)用上一次滤波器计算收敛得到的星历参数进行初始化；

S3：初始化完成后，将初始化标志置位，回到S1；

S4：进行Kalman滤波计算，对星历模型参数进行滤波，得到更新的星历参数。

进一步地，所述Kalman滤波计算为Bierman-UD分解形式的Kalman滤波。

进一步地，所述步骤S1中的初始化标志为外部给出的是否进行滤波器初始化的标志。

进一步地，所述步骤S2中的初始化方法标志预先设置，在轨道的某一段时间内没有GPS测量数据情况下，初始化方法标志设置为a。

进一步地，所述星历模型参数为星历模型参数对应的星上时间t_k、平均轨道半长轴平均轨道倾角平均升交点经度偏心率向量长周期变化的幅值偏心率向量长周期变化的相位平均纬度角升交点赤经的一次长期项摄动系数Ω₁、近地点幅角的一次长期项摄动系数ω₁、平均纬度角一次长期摄动系数λ₁、平均半长轴一次长期摄动系数a_d、偏心率向量x分量ξ的一次长期摄动系数ξ_d、偏心率向量y分量η的一次长期摄动系数η_d、偏心率向量固定偏移e_f、平均纬度角的二次长期摄动系数λ₂。

进一步地，所述步骤S4后还包括步骤S5:根据更新的星历参数基于无奇点变量的拟平均根数法计算出任意时刻卫星的瞬时轨道根数，进而得到卫星在瞬时真赤道TOD坐标系中的位置和速度。