[发明专利]一种基于星间测距的地球-Lagrange联合星座自主定轨方法有效
申请号: | 201710611461.6 | 申请日: | 2017-07-25 |
公开(公告)号: | CN107421550B | 公开(公告)日: | 2020-08-28 |
发明(设计)人: | 杨静;卢帅 | 申请(专利权)人: | 北京航空航天大学 |
主分类号: | G01C21/24 | 分类号: | G01C21/24;G01C21/02 |
代理公司: | 北京永创新实专利事务所 11121 | 代理人: | 赵文颖 |
地址: | 100191*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 测距 地球 lagrange 联合 星座 自主 方法 | ||
1.一种基于星间测距的地球-Lagrange联合星座自主定轨方法,包括以下几个步骤:
步骤一:在集中式结构下,建立地球-Lagrange联合星座自主定轨系统的状态方程;
具体为:
(1)建立地球导航卫星轨道动力学模型
在地心直角惯性坐标系下,联合星座中待测地球卫星i进行定轨的状态方程如下:
式中,待测地球卫星i对应的状态向量为[xEi,yEi,zEi]T和分别为该地球卫星的位置矢量和速度矢量;FE为系统状态函数,WEi(t)为系统噪声,满足均值为qEi(t),方差为QEi(t)的高斯白噪声;式可以进一步详细写为:
其中,和为x、y、z三轴速度噪声分量,和是x、y、z三轴加速度等效噪声分量,包括未建模摄动项和噪声项;和分别为地球卫星i对应的已建模速度矢量和加速度矢量,其中加速度主要考虑地球中心引力加速度a0,Ei、J2摄动项加速度和日月引力摄动加速度aMS,Ei,具体表达式如下:
1)卫星i的地球中心引力加速度a0,Ei满足:
式中,为待测卫星i的地心距,μ为地球质量与引力常数G的乘积,即地球引力常数;
2)J2摄动项加速度满足:
式中,Re为地球赤道半径,J2为二阶带谐系数;
日月引力引起的摄动加速度aMS,Ei满足:
式中,(xS,yS,zS)和(xM,yM,zM)分别为太阳和月球在地心直角惯性坐标系下的三维位置坐标,和分别为卫星i到太阳和月球的距离,和分别为地心到太阳和月球的距离,μS和μM分别为太阳引力常数和月球引力常数;
(2)Lagrange导航卫星轨道动力学模型
在质心会合坐标系下,建立对Lagrange星座中待测月球卫星k进行定轨的状态方程:
式中,待测Lagrange月球卫星k对应的状态向量为[xLk,yLk,zLk]T和分别为该星的无量纲位置矢量和速度矢量,其特征质量、特征长度和特征时间如(7)式所示,其中ME和MM分别为地球质量和月球质量,L为地月距离;FL为系统状态函数,WLk(t)为系统噪声,满足均值为qLk(t),方差为QLk(t)的高斯白噪声;
式(6)写为:
其中,为Lagrange卫星k对应的已建模速度矢量,μ0=MM/(MM+ME),ΔE,Lk、ΔM,Lk分别为卫星的地心距和月心距,和为x、y、z三轴速度噪声分量,和是x、y、z三轴加速度等效噪声分量,包括未建模摄动项和噪声项;
(3)地球-Lagrange联合星座自主定轨系统的状态方程
假设整个自主导航系统包含m颗地球卫星和n颗Lagrange卫星,根据待测地球卫星i进行定轨的状态方程和待测月球卫星k进行定轨的状态方程,建立集中式结构的星座定轨状态方程如下:
即:
式中,为状态向量,F为整个星座定轨系统的状态函数矢量,W(t)表示均值为q(t),方差为Q(t)的系统噪声;
步骤二:建立地球-Lagrange联合星座自主定轨系统的测量方程;
步骤三:在集中式结构下,根据上述建立的基于星间距离测量的地球-Lagrange联合星座自主定轨系统模型,确定实现轨道参数估计的滤波方法;
步骤四:在集中式结构下,基于选定滤波算法的地球-Lagrange联合星座自主定轨。
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