[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

说明书

本发明属于导航卫星精密定轨技术领域，特别涉及一种基于短弧定轨和预报的导航卫星轨道快速恢复方法，包含：通过短弧定轨和短弧预报，并采用卫星在参考历元至地心的距离作为径向分量、卫星至初始轨道平面的距离作为次法向分量、和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参数，并通过附加分量修正值的兼容用户星历计算，进行导航卫星轨道快速恢复。本发明能够实现轨控前后用户星历解算方法的无缝对接，提高卫星定轨和预报的准确度，轨控后能够在较短时间内得出用户应用需求的卫星精密轨道，并作出精确预报，使卫星快速恢复正常使用，保障卫星系统的正常工作，对导航卫星轨道测定技术领域具有重要指导意义。

技术领域

本发明属于导航卫星精密定轨技术领域，特别涉及一种基于短弧定轨和预报的导航卫星轨道快速恢复方法。

背景技术

卫星定轨和预报，包括高轨卫星的精密定轨和预报是卫星大地测量的基础问题之一，它既是基础理论问题，又具有工程背景，有重要的实用意义。一般应用卫星对其轨道均有特定的要求。由于卫星的受摄运动，轨道产生漂移，当漂移积累到一定量级，将超出对轨道要求的允许变动范围，这时就要对卫星轨道进行微调。通常使用卫星上的反作用推力器，以小推力、脉冲式喷发(以喷发重复次数控制推力的大小)作为动力，改变卫星运动的切向、径向和次法向(也称侧向)的速度，进行轨道微调。卫星轨道微调后将形成轨道根数的突变，即原有的轨道参数将不能用于计算(预报)卫星位置，轨道微调前的跟踪数据也不能用于计算轨道微调后的轨道测定和计算，必须自轨道微调进入稳定运行状态后(不再有外加作用力)，利用轨道微调后的跟踪数据，重新测定卫星轨道。除了卫星轨道微调，卫星的姿态控制也会产生类似效应。为使卫星正常工作，需要卫星保持一定的姿态，通常以动量轮进行调整，理论上这样的调整不会影响卫星的质心运动。动量轮调姿类似于微动调整，它有一定的调整范围，当达到或接近调整范围时，必须使其恢复到调整范围的中央，这时需要借助推力进行‘卸荷’。它本质上是外力的姿态(动量矩)调整，由于动力、机械、安装调试的不完善也会造成卫星轨道的突变，只是它在量级上小于轨道微调。综合以上两种卫星轨道变化的情况，可以统称为‘轨控’。实施轨控时卫星轨道根数将产生断点，即轨控前、后的轨道参数将发生突变。在卫星大地测量和卫星导航应用领域，通常需要集2天或更多时间的地面观测资料才能取得高精度的定轨和预报(以满足卫星大地测量和卫星导航的要求)。这意味着如果进行了轨控，该卫星的轨道按常规卫星定轨方法，将会自微调后约2天的时间内难于精确测定。对于测量和导航应用卫星，将意味着该卫星在这一段时间内不能正常工作，即处于不可用状态。

目前，导航卫星轨控之后，主要采取将轨控卫星标记为不可用，或者至少需数小时至数天观测数据积累才能恢复满足精度要求的定轨精度水平，影响了系统的整体可用性。已有方法仅关注了定轨和预报精度，而缺少对用户兼容算法的设计，部分算法在轨控期间和非轨控期间，用户算法不能兼容，影响了导航用户应用星历的便利性。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于短弧定轨和预报的导航卫星轨道快速恢复方法，通过短弧定轨和预报，力争在几分钟的时间将轨控后导航卫星轨道精度水平恢复到满足用户应用要求的水平，同时，通过附加分量修正值的兼容算法，方便用户在轨控前后无缝对接，使得导航性能更加稳定、可靠。

按照本发明所提供的设计方案，一种基于短弧定轨和预报的导航卫星轨道快速恢复方法，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；