[发明专利]一种环绕行星探测器的轨道测量方法

说明书

本发明公开了一种环绕行星探测器的轨道测量方法，具体通过以下步骤进行实施；将积分开始和结束的两个单向距离差，在积分结束时刻的单向距离矢量处进行有限阶泰勒展开，得到平均测速的几何分量；结合平均测速的相对论分量，计算得到总的平均测速值。本发明在计算行星位置时，使用速度积分替代多次直接计算，避免了星表插值误差，距离差作为距离矢量和变化矢量的函数，仅需双精度浮点数即可满足存储计算有效位数需求，避免了使用四精度浮点数引起的计算复杂度，有效的兼顾了计算精度和效率。

技术领域

本发明属于航天器轨道测量技术领域，涉及一种环绕行星探测器的轨道 测量方法。

背景技术

深空行星探测的主要测轨手段为高精度多普勒数据，使用多普勒数据对 目标进行精密定轨定位，需要预先对测速进行理论建模，得到高于测量精度 一个量级以上的理论值。目前X频段的多普勒测速精度可达0.1mm/s，对应 的理论测速精度需达到0.01mm/s以上才能满足要求。常规方法先计算探测 器与测站的距离，再通过距离差分获得理论测速值。在计算距离时，需要计 算探测器和测站的位置，而星表插值行星位置的误差约0.1mm，无法通过差 分消除。在使用距离差分计算理论测速时，为避免截断误差，需要使用四精 度浮点数，存储和计算速度很慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种环绕行星探测器的轨道测量方法，解决了现有 技术中存在的误差大，计算速度慢的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种环绕行星探测器的轨道测量方法，具 体按照以下步骤实施：

步骤1、计算积分结束时刻的单向下行矢量；

步骤2、计算积分结束时刻的单向上行矢量；

步骤3、计算积分开始时刻的单向下行矢量；

步骤4、计算积分开始时刻的单向上行矢量；

步骤5、计算积分开始和结束时刻的单向上行和下行距离差；

步骤6、计算多普勒测速的几何分量；

步骤7、计算平均测速的相对论分量；

步骤8、计算总的平均测速。

本发明的特点还在于，

步骤1根据环绕行星的情况，计算探测器单向下行矢量为：

r₂₃(t_end)＝(r_P+r_sat)-(r_E+r_sta) (1)

式(1)中，r₂₃为探测器到地面测站的单向下行矢量，t_end表示积分结束 时刻，r_E为地心在太阳系质心天球参考系(BCRS)下的位置矢量，r_sta为测 站在地心天球参考系下的位置矢量，r_P为行星质心在BCRS下的位置矢量， r_sat为探测器在行星质心天球参考系下的位置矢量；以上各天球参考系仅存在 坐标系原点的平移，不涉及轨道面和主方向的旋转；

计算单向下行时，以接收时刻为初始值，进行光行时迭求解探测器转发 时刻，单向距离值ρ₂₃＝||r₂₃||变换小于1％认为迭代收敛。

步骤2根据环绕行星的情况，计算探测器单向上行矢量为：

r₁₂(t_end)＝(r_E+r_sta)-(r_P+r_sat) (2)