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一種面向編隊(duì)飛行的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速及組合導(dǎo)航方法
【專利摘要】一種面向編隊(duì)飛行的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速及組合導(dǎo)航方法，相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速包括獲得每個(gè)航天器與各導(dǎo)航星之間的相對(duì)速度，計(jì)算航天器相對(duì)于每顆導(dǎo)航星的速度之間的差值，建立基于星光多普勒的相對(duì)速度測(cè)量模型；組合導(dǎo)航方法包括建立面向編隊(duì)飛行的軌道動(dòng)力學(xué)模型，建立X射線脈沖星導(dǎo)航測(cè)距模型，建立星間鏈路測(cè)距模型，建立基于星光多普勒的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速模型，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器濾波，在脈沖星觀測(cè)期間濾波器中的測(cè)量模型采用面向編隊(duì)飛行的軌道動(dòng)力學(xué)模型和基于星光多普勒的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速模型，一旦獲得了脈沖到達(dá)時(shí)間還綜合X射線脈沖星導(dǎo)航測(cè)距模型。
【專利說(shuō)明】一種面向編隊(duì)飛行的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速及組合導(dǎo)航方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器自主導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種基于天文測(cè)速測(cè)距信息的編隊(duì)飛行自主導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002]編隊(duì)飛行是航天技術(shù)中的新領(lǐng)域。編隊(duì)飛行可增加冗余備份，降低成本，提供多點(diǎn)平臺(tái)。在深空探測(cè)編隊(duì)飛行領(lǐng)域，絕對(duì)和相對(duì)導(dǎo)航精度都是十分重要的，特別是相對(duì)導(dǎo)航精度。
[0003]目前，在深空探測(cè)巡航段，有以下幾種方法可用于自主導(dǎo)航:(I)X射線脈沖星導(dǎo)航。X射線脈沖星導(dǎo)航可提供測(cè)距信息。兩個(gè)航天器獲得的測(cè)距信息之差即為相對(duì)導(dǎo)航信息。但該相對(duì)導(dǎo)航信息精度低。(2)星間鏈路。星間鏈路提供了高精度的相對(duì)距離信息。由于不含方位信息，該方式不能提供高精度的相對(duì)位置信息。(3)視覺(jué)相對(duì)導(dǎo)航。當(dāng)兩個(gè)航天器距離較近時(shí)，視覺(jué)相對(duì)導(dǎo)航能提供高精度的相對(duì)方位信息。
[0004]在組合導(dǎo)航方面，熊凱在《Acta Astronautica (宇航學(xué)報(bào))》(2009年64卷427-436)上發(fā)表了學(xué)術(shù)論文〈〈The use of X-ray pulsars for aiding navigation ofsatellites in constellations (X射線脈沖星在衛(wèi)星星座輔助導(dǎo)航中的應(yīng)用)》。在該文中，熊凱將脈沖星導(dǎo)航和星間鏈路這兩者相結(jié)合。相對(duì)導(dǎo)航精度有所提高，結(jié)合軌道動(dòng)力學(xué)模型，還可提供絕對(duì)導(dǎo)航信息。但是，相對(duì)導(dǎo)航精度還是有限，有待提高。熊凱還在((Acta Astronautica (宇航學(xué)報(bào))》(2013年86卷10-23)上發(fā)表了學(xué)術(shù)論文《Autonomousnavigation for a group of satellites with star sensors and inter-satellitelinks (利用星敏感器和星間鏈路的衛(wèi)星自主導(dǎo)航)》。該方法結(jié)合了視覺(jué)相對(duì)導(dǎo)航和星間鏈路，當(dāng)兩顆衛(wèi)星距離較近時(shí)可提高相對(duì)導(dǎo)航精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種基于星光多普勒的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速方法，旨在為編隊(duì)飛行導(dǎo)航系統(tǒng)提供更高精度的相對(duì)導(dǎo)航速度信息。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明將其與脈沖星導(dǎo)航、星間鏈路相結(jié)合，提出一種面向編隊(duì)飛行任務(wù)的天文測(cè)速測(cè)距組合導(dǎo)航方法，旨在為編隊(duì)飛行導(dǎo)航系統(tǒng)提供更高精度的絕對(duì)和相對(duì)導(dǎo)航信息。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種面向編隊(duì)飛行的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速方法，基于相對(duì)速度測(cè)量模型進(jìn)行相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速，包括以下步驟，
[0007]步驟Al，獲得每個(gè)航天器與各導(dǎo)航星之間的相對(duì)速度，設(shè)編隊(duì)飛行的兩個(gè)航天器分別記為航天器O和航天器I，記Vdci和vD1分別為航天器O和I相對(duì)于某顆導(dǎo)航星的速度；
[0008]步驟A2，計(jì)算航天器O和I相對(duì)于每顆導(dǎo)航星的速度之間的差值如下，
[0009]Vrsl =Vm-Vm = S1 -(V0-Vi) +式一
[0010]其中，I = 1，2，...，L，L為導(dǎo)航星的數(shù)量，為航天器O和I相對(duì)于第I顆導(dǎo)航星的相應(yīng)速度VD(1、VD1之間的差值為第I顆導(dǎo)航星的方位矢量，V0和V1分別是航天器O和航天器I的速度矢量，4為第I顆導(dǎo)航星的測(cè)量噪聲；
[0011]步驟A3，建立基于星光多普勒的相對(duì)速度測(cè)量模型如下，
[0012]Ys (t) = hs (X，t) + ω v 式二
[0013]其中，相對(duì)速度測(cè)量值Ys，相對(duì)速度測(cè)量函數(shù)hs，測(cè)量噪聲矢量ω ν定義如下，
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種面向編隊(duì)飛行的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速方法，其特征在于:基于相對(duì)速度測(cè)量模型進(jìn)行相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速，包括以下步驟， 步驟Al，獲得每個(gè)航天器與各導(dǎo)航星之間的相對(duì)速度，設(shè)編隊(duì)飛行的兩個(gè)航天器分別記為航天器O和航天器1，記Vdci和vD1分別為航天器O和I相對(duì)于某顆導(dǎo)航星的速度；步驟A2，計(jì)算航天器O和I相對(duì)于每顆導(dǎo)航星的速度之間的差值如下，
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述面向編隊(duì)飛行的相對(duì)導(dǎo)航測(cè)速方法實(shí)現(xiàn)的組合導(dǎo)航方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟BI，建立面向編隊(duì)飛行的軌道動(dòng)力學(xué)模型如下， 設(shè)編隊(duì)飛行的狀態(tài)矢量表示為，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述組合導(dǎo)航方法，其特征在于:第j顆脈沖星的相應(yīng)項(xiàng)h(X(t)，t)的表達(dá)式如下:
【文檔編號(hào)】G01C21/24GK103900577SQ201410151098
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】劉勁, 鐘敏, 吳謹(jǐn), 熊凌, 李娟 , 鄧慧萍, 楊莘 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)