[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

说明书

本发明涉及一种低轨卫星的自主定轨方法。选择若干高轨目标（包括大型空间碎片）作为标定星，获得其精密星历；当低轨卫星无法获取其精密星历时，利用搭载的天基可见光相机，指向高轨标定星，进行一段时间的跟踪，获取测角测量量；利用星载计算机，结合低轨卫星的粗略星历、高轨目标的精密星历和测量量，反向确定出低轨卫星的精密轨道。本发明提供了一种新的卫星自主定轨途径，当无法利用全球定位导航卫星信息时，可以作为替代方法使用。本发明计算模型相对简单，充分利用了空间资源，同时天基可见光观测成本低、耗能小，工程适用性强。

技术领域

本发明涉及一种卫星自主定轨方法，具体讲的是利用低轨卫星搭载的天基可见光相机对标定目标的观测，反向确定自身精密轨道的方法，属于卫星定位导航技术领域。

背景技术

卫星能够尽可能少的依赖地面设备，实现自主定轨，不但具有很好的经济价值，还便于卫星的管理，能更好的完成相应的空间任务。如果低轨卫星没有自主定轨能力，就只能依靠地面设备为其提供定轨信息，由于其运动特点，接受到地面设备测量的时间十分有限。因此开展自主定轨技术研究十分必要。结合卫星运行、发射、制造成本的需求，要求自主定轨设备需要具备低成本、质量轻、体积小、可靠性好的特点。最早国外提出过使用星载的磁力计和星敏感器来进行自主轨道确定的方法，虽然达到了设备的使用要求，但是估计精度较低。目前，卫星携带GPS接收机，依靠接收到的伪距、载波相位等信息，实现自身轨道确定是主要的自主定轨方法。其优点在于可以实现连续不间断地自主定轨，并获取大量丰富的测量信息，但为了将定轨精度进一步提升，往往还要直接或间接地依靠地面站对GPS的测量信息进行差分运算，来抵消误差因素造成的影响。为了完全实现自主定轨，还提出了利用X射线脉冲星来进行定轨的思路，利用天然星体的脉冲信号实现自主定轨，但该方法主要运用于星际航行中，目前仍有不少复杂的问题需要解决。

天基空间目标观测的发展为自主定轨打开了新的道路，经过实践检验，低轨卫星搭载天基可见光相机能够有效的对高轨目标进行观测。并且随着技术的发展，低成本、高精度的天基可见光相机也相继产生，也为运用光学设备进行自主定轨提供了可能。在一些军事和实际应用中，为了保证绝对的可靠性，不能只依靠全球定位导航(GNSS)卫星提供的信息进行自主定轨。一方面，GNSS卫星发射的电磁波信号很容易受到干扰；另外，精度最高的GPS的使用权也掌握在美国手中。因此，利用天基可见光相机，发展可替代的自主定轨技术也十分必要。

发明内容

本发明解决的技术问题是：本发明设计了一种新的低轨卫星自主定轨方式，给出了在该种方式下的精密定轨方法，通过搭载的天基可将光相机对选定高轨标定星的持续跟踪，利用获取的赤经赤纬测量量，实现精密定轨，如图1所示。

本发明主要包含三个部分：

(1)自主定轨的思路

人类的航天器大都运行在地球同步轨道(GEO)之内，GEO上有许多重要的空间目标需要地面设备进行实时测控，包括大型的空间碎片和遂行任务的卫星，具有体积大、反光特性好的特点。一方面这些目标的星历是被准确测定的，另一方面其光学特性较好，具备了可见光观测的良好条件。因此，本方法的出发点在于：充分利用空间的资源和准确的数据信息，将这类目标视为标定目标，即可以为其他卫星提供空间方位的参考标准，类似于空间中的“灯塔”；

天基可见光观测具有成本低、高效率的特点。因此本方法的核心是：利用低轨卫星搭载的天基可见光相机对大型高轨空间目标进行观测，反向确定观测目标本身的精密轨道。具体思路为：通过综合手段得到高轨空间目标的准确星历信息，其他位于低轨的卫星，搭载天基可将光相机对这些已经测定的大型高轨空间目标进行持续的观测，获得对目标的赤经赤纬测量量。利用高轨标定目标的精密星历、测量数据以及观测卫星的粗略星历对观测卫星的轨道进行自主改进，达到自主定轨的目的。

(2)标定星的选择