一种适应轨道机动的地球同步卫星精密定轨方法

摘要

本发明公开了一种适应轨道机动的地球同步卫星精密定轨方法，属于航天测量与控制领域。该方法首先计算机动加速度；计算观测量ρ_i,j及观测残差序列Δρ_i,j；对公共系统误差ρ_b进行估值；将公共系统误差ρ_b从观测残差序列Δρ_i,j中扣除，得到各测站系统偏差；将ρ_b、从观测量中扣除，再将扣除系统差后的观测数据重新次进行轨道改进，得到改进后的初始状态重新进行计算，直至轨道收敛，完成地球同步卫星精密定轨。本发明的有益效果：能解决GEO卫星在轨道机动期间星上发动机喷气产生的推力给精密轨道确定带来的困难，同时，采用公共系统误差估值和各站偏差自适应迭代消除方法解决卫星钟差与各测站设备时延等系统误差难以分离的问题，能够有效提高GEO卫星在轨道机动期间的定轨预报精度。

主权项

适应轨道机动的地球同步卫星精密定轨方法，包括如下步骤：步骤一：计算机动加速度：假设星上发动机喷管起始工作时间为T₀,结束时刻为T_E,F_ij为第i个喷管第j次工作时推力大小，工作脉宽为t_j，则有第j次工作时产生的加速度在J2000惯性坐标系中可表示为：其中，m为卫星质量；α_i、β_i、γ_i为第i个喷管轴线方位在整星机械坐标系下的三个矢量余弦角；矩阵M_j为第j次工作时刻惯性坐标系至质心轨道坐标系的转换矩阵，矩阵P_j为第j次工作时刻质心轨道坐标系到整星机械坐标系的旋转矩阵；步骤二：从初始历元t₀和初始状态量出发，利用精密数值方法进行轨道外推，计算第i个测站第j次观测记录的观测量ρ_i,j，得到第i个测站第j次观测记录的观测残差序列Δρ_i,j，Δρ_i,j中，公共系统误差记为ρ_b，各站系统偏差记为ρ_bsi；步骤三：对公共系统误差ρ_b进行估值，ρ_b包含一个常数部分和一个线性变化部分，即ρ_b＝ρ_b0+ρ_b1T其中，T为距初始观测历元的时间，即距初轨历元时间，ρ_b0和ρ_b1分别为常数部分和一个线性变化部分；设ρ_i,j对应的真值为则有，$\begin{array}{c}{\rho }_{i,j}={\hat{\rho }}_{i,j}+{\rho }_b+{\rho }_{{\mathrm{bs}}_i}+{ϵ}_{i,j}\\ ={\hat{\rho }}_{i,j}+{\rho }_{b0}+{\rho }_{{\mathrm{bs}}_i}+{\rho }_{b1}T+{ϵ}_{i,j}\end{array}$其中，ε_i,j为观测随机噪声；ρ_i,j对ρ_b0和ρ_b1的偏导数为：$\frac{\partial {\rho }_{i,j}}{\partial {\rho }_{b0}}=1$$\frac{\partial {\rho }_{i,j}}{\partial {\rho }_{b1}}=T$基于上述偏导数完成对公共系统误差ρ_b的估值；步骤四：将公共系统误差ρ_b从观测残差序列Δρ_i,j中扣除，得到Δρ′_i,j＝Δρ_i,j‑ρ_b，此时Δρ′_i,j中仅包含第i个测站的系统偏差和随机噪声；对第i个测站计算所有观测时刻Δρ′_i,j的平均值，得到各测站系统偏差步骤五：将ρ_b、从观测量中扣除，再将扣除系统差后的观测数据重新次进行轨道改进，得到改进后的初始状态步骤六：如果不满足收敛条件,设返回步骤二，重复上述步骤；否则，结束循环，完成地球同步卫星精密定轨。