[发明专利]基于短弧定轨和预报的导航卫星轨道快速恢复方法

权利要求书

1.一种基于短弧定轨和预报的导航卫星轨道快速恢复方法，其特征在于，依据地面监测站实时对导航卫星进行跟踪观测，获取导航卫星轨道漂移数据；若导航卫星轨道漂移数据达到允许范围边界，则按照预先制定计划实施轨控，自轨控时刻起，通过导航卫星的定轨短弧跟踪观测数据进行定轨，定轨短弧大小≤1°跟踪弧度大小，并利用预报短弧进行导航卫星轨道预报，预报短弧≤定轨短弧的十分之一，通过导航卫星的短弧跟踪观测数据进行定轨包含如下内容：

步骤1、选择导航卫星在参考历元至地心距离作为径向分量，导航卫星至初始轨道平面距离作为次法向分量，按坐标系右手规则定义的第三分量作为切向分量，以及三者的时间变率，作为轨道根数的六个参数；

步骤2、利用轨道根数的六个参数，并结合辅助坐标系，构建每个监测站的测距误差方程及距离变率误差方程，其中，辅助坐标系选择地球质心作为原点；

步骤3、利用导航卫星跟踪观测数据中的多个短弧，分别对测距误差方程及距离变率误差方程进行连续解算，获取卫星轨道参数估值；

步骤4、对正常运行时导航电文中的用户星历计算模型通过附加轨道根数分量修正值，获取兼容轨控前后的用户星历解算，其中，附加轨道根数分量修正值在正常运行时设置为零；

步骤1中径向分量还包含导航卫星钟钟差；

步骤2中，辅助坐标系表示为原点(O-r,n,u)在地球质心，三轴指向分别为：

其中，上标表示单位矢量，下标表示卫星运动状态的初始值，步骤1中轨道根数的六个参数在辅助坐标系中分别对应三个分量及其时间导数：r,n,u,dr/dt,dn/dt,du/dt；

第i监测站于t历元的测距误差方程表示为：

其中，ρⁱ(t)为第i地面监测站所观测的卫星距离，dρⁱ(t)为其观测误差；x_j,j＝1至3表示卫星在辅助坐标系中的三个坐标分量；σ_k(t₀),k＝1至6为步骤1中轨道根数的六个参数中第k个参数在参考时刻t₀时的值；ρⁱ(σ_k(t₀),t)为以轨道参数初值σ_k(t₀)计算的t时刻第i地面监测站到卫星的距离；

距离变率误差方程表示为：

其中，为第i地面监测站所观测的卫星多普勒测速观测量；其余各量与测距误差方程含义相同，上标“·”表示相应量的变率；

步骤3中，通过最小二乘法，对多个监测站多历元形成的多个测距误差方程和距离变率误差方程进行求解，并在求解过程中以观测量类型及其观测精度赋予权值；

赋予权值的表达式表示为：X＝(A^TPA)^-1A^TPL，其中，X、A、P、L分别表示解向量、系数阵、权阵和自由项向量；

通过短弧定轨解算所取得的轨道根数为参考历元沿法向、径向和次法向的修正值及其时间变率r,n,u,dr/dt,dn/dt,du/dt，计算观测历元的三分量修正值：

δu′＝(u₀+(t-t₀)du/dt)/r

δr′＝r₀+(t-t₀)dr/dt

δi′＝(n₀+(t-t₀)dn/dt)/2rsin(φ/2)

其中，t₀表示参考历元，t表示观测历元，u₀、r₀、n₀分别表示t₀时刻的升交角距、向径和角速度，φ表示修正之前的升交角距，δu′、δr′、δi′分别表示t时刻短弧定轨计算的升交角距、向径和轨道倾角的修正值；

在正常运行时计算u、r、i时加入附加的三分量修正值：

u＝φ+δu+δu′

r＝a(1-e cos E)+δr+δr′

其中，i₀表示t₀时刻的轨道倾角，φ表示修正之前的升交角距，a表示轨道半长轴，e表示偏心率，E表示偏近点角，表示轨道倾角变率，t_k表示观测历元与参考历元的差值，δu、δr、δi分别表示地球引力场J₂的短周期摄动项引起的沿法向、径向和次法向修正值，δu’、δr'、δi’分别表示对应的附加分量修正值，u、r、i表示最终用户获得的升交角距、向径和轨道倾角。