一种卫星星座星间链路的长时间自主维持方法

摘要

一种卫星星座星间链路的长时间自主维持方法，用于保持两颗卫星(主星和副星)的相对位置。该方法在副星上累积基于GPS测量的主星和副星的原始轨道点位数据，在完成数据累积后，使用解析形式的低阶轨道摄动模型对主星和副星在相同时间序列下的采样数据进行轨道改进，得到改进后的轨道平根数，再分别预报两颗卫星的位置，差分后得到卫星间相对位置。该方法主要应用于星间距离保持在100km左右的中低轨道星座的卫星中，长时间预报可达三天时间，三天中两星的绝对位置误差均可保持在800米以内、星间相对位置预报误差可保持在50米以内，能够满足航天任务中小卫星编队飞行的队形保持和星间数传天线的指向控制等领域的长时间不连续依赖于GPS的需求。

主权项

1.一种卫星星座星间链路的长时间自主维持方法，所述卫星星座包括主星和副星，其特征在于步骤如下：(1)通过主星和副星的GPS接收机分别实时获得主星和副星的原始轨道点位数据，所述原始轨道点位数据包括时间、位置和速度信息；(2)在主星和副星的原始轨道点位数据同时有效的条件下，对所述主星和副星的原始轨道点位数据进行等间隔采样，采样间隔在30s到90s之间；(3)当步骤(2)中得到的主星和副星的采样数据积累的时间超过一个轨道周期时，以当前采样时刻为参考时间，同时对主星和副星累积的采样数据进行轨道改进，分别得到改进后的主星和副星的轨道平根数；对主星和副星累积的采样数据进行轨道改进通过如下步骤进行：(3.1)解析形式的低阶轨道摄动模型采用地球重力场模型的二阶带谐项和不大于四阶的田谐项；(3.2)在步骤(3.1)的条件下，以当前采样时刻t₀为参考时间，计算t₀对应的轨道平根数并将作为初始轨道参数；(3.3)采用解析形式的低阶轨道摄动模型对参考时间t₀的轨道平根数进行轨道外推，即轨道预报，得到任一时刻的轨道平根数(3.4)将步骤(3.3)中得到的所述任一时刻的轨道平根数转换成轨道瞬时根数σ_j后，再转换成轨道系下的位置和速度，即为预报轨道点位数据；(3.5)计算步骤(3.4)中得到的位置对轨道瞬时根数σ_j的偏导数矩阵；(3.6)将所述原始轨道点位数据和所述预报轨道点位数据之差作为右端项、将一个轨道周期内的所有采样时刻的偏导数矩阵作为系数矩阵，建立条件方程组，将条件方程组法化之后，采用基于最小二乘估计原理的高斯法求解线性观测方程组，得到轨道平根数的增量，所述线性观测方程组即为建立的条件方程组；(3.7)根据步骤(3.6)中得到的轨道平根数的增量，修正上一次的轨道平根数，完成轨道改进的一次迭代过程；之后按照步骤(3.3)～(3.6)的过程继续迭代，直到原始轨道点位与预报轨道点位之间的残差收敛之后，得到轨道改进后的参考时间t₀的轨道平根数(4)根据步骤(3)中得到的改进后的主星和副星的轨道平根数分别对主星和副星进行轨道预报并通过转换分别得到主星和副星的绝对位置；(5)将步骤(4)中得到的主星和副星的绝对位置进行差分，得到主星和副星之间的相对位置，所述相对位置的模即为主星和副星之间的距离。