[发明专利]基于GNSS的紫外敏感器系统误差在轨标定方法

说明书

本发明提供了一种基于GNSS的紫外敏感器系统误差在轨标定方法，在GNSS可用时利用最小二乘法处理紫外敏感器测量量与GNSS高精度定位结果，可较为准确地得到导航系统的系统误差估计值，用于在GNSS不可用时对导航信息进行补偿，以提高导航精度，操作简单、适用范围广，紫外敏感器的系统误差模型改变后也能依据本发明的方法类推出紫外敏感器的系统误差，可扩展性强。本发明在系统误差估计过程中，没有对状态量进行扩展，在滤波估计中，状态维数不再进行增加，维数的减少有利于增强滤波器的稳定性和加快滤波收敛速度，故本发明给出的系统误差估计方法能够较快地给出高精度的系统误差估计结果。

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别的，涉及一种基于GNSS的紫外敏感器系统误差在轨标定方法。

背景技术

目前的在轨卫星大多依赖地面设备获取导航信息，地面工作站的任务越来越繁重，人们对卫星的自主运行能力提出了越来越高的要求。作为自主运行能力之一，卫星的自主导航即是指卫星不依赖于地面设备支持，而是利用星上自备的有效载荷和测量设备实时地确定自身的位置和速度，是当今卫星控制技术发展的必然要求。高轨卫星(HEO)一般指轨道高度在20000km以上的高地球轨道卫星。这类卫星具有更好的安全稳定性和更大的对地覆盖面积，因此相对于低轨卫星具有更加重要的意义，一般多为导航、通讯卫星和特殊军用卫星，在陆地和海洋通信、气象探测、教育应用、电视直播、灾难预警以及空间太阳能站等方面都有着很重要的用途。

全球导航卫星系统(Globe Navigation Satellite System,GNSS)能提供全球、全天候、连续和高精度的导航定位服务，已广泛应用于陆地、海洋、航空航天等领域。高轨卫星一般运行于比GNSS卫星更高的轨道上，因而只能接收到来自地球背面的间断GNSS卫星信号，所以一般通过采取高灵敏度接收机，联合多个GNSS星座，来增加可用GNSS可用星数以提高星上自主定位的能力和精度。但是，由于GNSS的可靠性不高，电磁波易被干扰破坏，因此需要其他方式的导航敏感器来增加高轨卫星定位的自主性。紫外敏感器在紫外波段能探测出整个天体的边缘，且其成像稳定可与红外成像媲美。作为天文导航设备之一，它具备可靠性高、隐蔽、无源、不易受电磁干扰等优点，能够利用地球等天体的紫外辐射特性获取卫星的姿态信息。因此，利用高灵敏度接收机，在GNSS可用阶段能够利用GNSS测量信息完成高轨卫星高精度定位，在GNSS不可用阶段利用紫外敏感器获得的地心位置信息完成卫星自主导航的任务，是构建自主导航系统的有效途径之一，也是目前使用较广泛的一种导航方式(如中国专利201410106004.8提出的一种在轨飞行器自主导航系统，但该专利中并没有提及如何对系统的误差进行估计)。

紫外敏感器由于像点提取误差、主点偏差、焦距偏差、成像平面的倾斜与旋转以及镜头畸变等误差因素会造成X轴与Y轴的像素偏差，从而造成航天器的导航误差，中国专利201010623851.3公开了一种自主导航系统误差校正方法，该方案中仅利用紫外敏感器对地球的观测量及星敏感器对恒星的观测量进行滤波解算，其导航结果精度低(经本发明人仿真试验，其一维系统误差估计精度约为50％)，另外，该方案将系统误差扩展为系统状态量，通过滤波算法，对卫星位置、速度、系统误差一起进行估计，进而对紫外敏感器的系统误差进行补偿，由于需要对状态量进行扩展，滤波估计中的维数多，因此，计算步骤繁杂，工作量大，降低系统的响应速度。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于GNSS的紫外敏感器系统误差在轨标定方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于GNSS的紫外敏感器误差在轨标定方法，包括以下步骤：

1)在GNSS可用时，使高轨卫星上的星载接收机对GNSS卫星进行观测，建立GNSS伪距观测方程；使高轨卫星上的紫外线敏感器对地球进行观测，建立紫外敏感器观测方程；

2)利用步骤1得到的GNSS测量信息得到高轨卫星位置信息，通过非线性滤波算法处理高轨卫星位置信息，得到GNSS伪距测量信息下的高精度导航结果；