[发明专利]一种利用天基可见光相机的低轨卫星自主定轨方法

权利要求书

1.一种利用天基可见光相机的低轨卫星自主定轨方法，通过搭载的天基可见光相机对选定GEO标定目标的持续跟踪，利用获取的赤经赤纬测量量，实现精密定轨，其特征在于，包括以下步骤：

(1)卫星自主定轨系统从所有的GEO目标数据库中选择GEO标定目标，当观测卫星失去了精密的轨道状态信息，根据历史状态，估计出自身粗略的星历信息；当地面观测设备对观测卫星可见时，将GEO标定目标的精密星历发送给观测卫星，使其获得当前所有GEO标定目标的信息，

根据下面2个条件选择GEO标定目标：①现有的空间目标信息网能否提供GEO目标准确星历；②当GEO目标在太阳光照射下的亮度是否较周围其他GEO目标的高；

(2)利用星载计算机计算当前一个时段，观测卫星对GEO标定目标的可跟踪情况，确定最优的GEO标定目标，

首先观测卫星根据自身的粗略星历推算自己在这一段时间的粗略位置，同时根据GEO标定目标的精密星历，计算GEO标定目标在同一时段的精确位置；其次，根据计算的约束条件进行判断，包括：观测卫星与GEO标定目标之间不被其他物体遮挡，GEO标定目标、观测卫星、太阳三者构成的太阳相角小于预设的门限值，相机指向的调整能力不超过预设的调整门限值，满足上述要求，即视为可跟踪，最后，通过计算结果，确定可观测弧段，计算粗略的相机指向的方位，设计相机指向的调整过程；

(3)到达预先计算的观测窗口后，调整相机指向，在预先指定的区域附近进行GEO标定目标的搜索；根据观测卫星粗略的星历、GEO标定目标准确的星历信息及视星信息对所观测到的GEO标定目标进行筛选，确定GEO标定目标，一旦确定GEO标定目标后，调整相机的指向，对标定GEO标定目标进行持续跟踪；同时星载计算机处理跟踪拍到的图像信息，获得实时的赤经赤纬这两个测量量，得到：h(t₀),h(t₁),…h(t_n-1)，共n组测量结果，其中h(t₀)为t₀时刻的观测值，h(t₁)为t₁时刻的观测值，h(t_n-1)为t_n-1时刻的观测值；

(4)经过一段时间的观测之后，利用跟踪获取的n组测量结果、GEO标定目标的精密星历、自身的粗略星历信息，使用星载计算机对自身轨道进行精密确定；

所述步骤(4)具体过程如下：

首先，估计观测卫星自身在t时刻粗略位置为r_p(t)，并得到GEO标定目标t时刻的精确位置为r_c(t)，计算t时刻的偏导矩阵：

其中：x(t)＝x_c(t)-x_p(t),y(t)＝y_c(t)-y_p(t),z_t＝z_c(t)-z_p(t)，x_c(t)、y_c(t)、z_c(t)分别为t时刻GEO标定目标的位置在地心惯性系下三个方向的分量，x_p(t)、y_p(t)、z_p(t)为t时刻观测卫星的位置在地心惯性系下三个方向的分量，

同时在t时刻卫星自主定轨系统的状态方程和观测方程为：

令

H＝[h(t₀),h(t₁),…h(t_n-1)]^T,J＝[J(t₀),J(t₁),…J(t_n-1)]

其中：h(t)为t时刻的观测值，h(t₀)为t₀时刻的观测值，h(t₁)为t₁时刻的观测值，h(t_n-1)为t_n-1时刻的观测值，为轨道状态转移矩阵，表示t₀时刻位的状态量对t时刻状态量的影响；f(r_c(t))为t时刻赤经赤纬的测量方程，ε(t)为t时刻的测量噪声向量，

通过卫星自主定轨系统的状态方程和观测方程，利用最小二乘或卡尔曼滤波方法对轨道的状态量进行求解；

(5)由于观测卫星的星历是不准确的，因此，可能出现跟踪一段时间，GEO标定目标丢失的情况，如果该种情况发生，则利用已经获取的数据，对观测卫星的轨道进行确定，具体方法是：先重复步骤(4)，对轨道进行改进后，利用观测卫星更新的星历信息，重新结合GEO标定目标的精密星历进行相机指向的计算，即重复步骤(2)和(3)，从而重新跟踪到GEO标定目标，获取观测数据，

(6)利用观测数据对卫星轨道改进后，继续更新低轨观测卫星的星历，对以后的状态进行在线估计，为下一观测窗口提供较准确的轨道数据保障，在自主定轨的过程中，也根据实际需求，在累计一段观测数据后就对轨道进行一次修正，在整个定轨任务中，通过多次的反复修正，得到一个精密的轨道。