[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

权利要求书

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[x_Ei,y_Ei,z_Ei]^T和分别为该地球卫星的位置矢量和速度矢量；F_E为系统状态函数，W_Ei(t)为系统噪声，满足均值为q_Ei(t)，方差为Q_Ei(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a_0,Ei、J₂摄动项加速度和日月引力摄动加速度a_MS,Ei，具体表达式如下：

1)卫星i的地球中心引力加速度a_0,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，R_e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a_MS,Ei满足：

式中，(x_S,y_S,z_S)和(x_M,y_M,z_M)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，μ_S和μ_M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[x_Lk,y_Lk,z_Lk]^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M_E和M_M分别为地球质量和月球质量，L为地月距离；F_L为系统状态函数，W_Lk(t)为系统噪声，满足均值为q_Lk(t)，方差为Q_Lk(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＝M_M/(M_M+M_E)，Δ_E,_Lk、Δ_M,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。