一种卫星星光折射导航误差确定与补偿方法

摘要

一种卫星星光折射导航误差确定与补偿方法，首先采用STK软件生成卫星轨道数据；建立卫星姿态规划模型；确定实际观测视场，模拟出观测星图，包括折射星和未折射星；计算获得折射星的切向高度h；切向高度误差主要由折射角测量精度误差和大气模型误差引起，计算获得具有折射角误差以及大气模型误差的折射星的切向高度h″；计算获得地心惯性坐标系下卫星的位置；使用扩展Kalman滤波法进行滤波，输出星光折射导航估计位置和位置误差；本发明实现对卫星星光折射导航系统导航精度的准确预估，该方法误差分析全面、结果准确可靠。

主权项

一种卫星星光折射导航误差确定与补偿方法，其特征在于步骤如下：1)采用STK软件生成卫星轨道数据，包括太阳方向向量卫星惯性坐标系下的地心位置向量地球张角θ；2)建立卫星姿态规划模型：21)根据下式计算获得星光折射敏感器观测视场边缘向量和视场中心向量其中为保证观测未折射星的视场不小于50平方度的情况下，可允许地球进入视场内的最大地球张角，φ为星光折射敏感器视场张角；22)根据星光折射敏感器的安装位置，通过坐标转换解算出卫星相应的姿态角，获得最优卫星规划姿态；3)根据步骤1)获得的卫星轨道数据、步骤22)获得的最优卫星规划姿态，以及星光折射敏感器视场大小，确定实际观测视场；基于Microsoft SQL Server数据库，采用多级三角划分法，根据实际观测视场选取观测星，模拟出观测星图；所述的观测星包括经大气折射的折射星和未经大气折射的未折射星；根据折射星的赤经、赤纬以及卫星惯性坐标系下的地心位置，计算获得折射星的切向高度h；4)计算获得折射星的折射角γ＝2350.1074e^{‑0.10326788h}；根据折射角测量精度误差，模拟生成在该误差范围内均匀分布的随机误差，将该随机误差加入到折射星的折射角γ中，解算出具有折射角误差的折射星切向高度h′；再将大气模型误差引起的切向高度误差直接加入到h′中得到具有折射角误差以及大气模型误差的折射星的切向高度h″；5)选取观测星图上三颗折射星，根据他们的赤经、赤纬以及切向高度h″，计算获得地心惯性坐标系下卫星的位置；51)根据三颗折射星的赤经、赤纬解算中心轴O_bE在天球上的位置(α_c,δ_c)；所述的中心轴O_bE为以三个折射星方向为母线的圆锥的中心轴；并计算出该圆锥的半锥角η；52)旋转卫星惯性坐标系F_b，使卫星惯性坐标系F_b的Z_b轴与O_bE方向一致，旋转后的坐标系记为F_d＝(X_d,Y_d,Z_d)^T，其中上标T表示转置，则其转换关系为：其中，表示绕Z_b轴逆时针旋转‑α_c，表示绕Y_b轴逆时针旋转δ_c‑90°；根据转换关系转换三颗折射星的坐标，得出在F_d坐标系下的位置为(α_i，δ_i)(i＝1，2，3)；53)根据以下三个方程求解三个变量ξ、αζ²+ξ²‑2ζξcos(α‑α_i)＝a_i²，(i＝1，2，3)；其中的h_i"为第i颗折射星的切向高度；54)根据以下方程获得F_d坐标系中的地心矢量e_de_d＝ζ(cosαX_d+sinαY_d)+ξctgηZ_d；55)根据以下坐标转换关系获得地心在卫星惯性坐标系F_b中的矢量e_b为56)获得卫星在地心惯性坐标系F_i下的坐标矢量；6)对步骤5)获得的卫星位置使用扩展Kalman滤波法进行滤波，输出星光折射导航估计位置和位置误差。