一种日地月导航的月心方向修正方法

摘要

一种日地月导航的月心方向修正方法，首先不考虑卫星看到的月球亮区的周期变化，利用一体化日地月导航敏感器扇形视场扫描到月球的脉冲时刻直接计算出月心方向，然后考虑卫星实际可见的月球亮区，根据测量原理计算亮区变化对应的测量补偿量，修正一体化日地月导航敏感器扇形视场扫描到月球的脉冲时刻，并重新计算经过修正和补偿的月心方向，本发明大大提高了基于日地月测量信息的自主导航系统的导航精度。

主权项

1.一种日地月导航的月心方向修正方法，其特征在于步骤如下：(1)计算未进行修正的月心方向在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中方位角φ_M和俯仰角δ_M，公式如下${\phi }_M={\omega }_{\mathrm{ROT}}(\frac{t_{L1-\mathrm{MOON}}+t_{L2-\mathrm{MOON}}}{2}-t_{M1-M-\mathrm{REF}})---\left(1\right)$δ_M＝arctg(sinμ_Mctgβ_L)     (2)式中，ω_ROT为一体化日地月导航敏感器的扫描速率；t_L1-MOON为一体化日地月导航敏感器扇形视场1扫描到月球的脉冲时刻；t_L2-MOON为一体化日地月导航敏感器扇形视场2扫描到月球的脉冲时刻；t_M1-M2-REF为一体化日地月导航敏感器对称面通过一体化日地月导航敏感器赤道面上基准点的脉冲时刻；D_L1-L2为一体化日地月导航敏感器扇形视场1在一体化日地月导航敏感器赤道平面上超前于一体化日地月导航敏感器扇形视场2的角度；β_L为一体化日地月导航敏感器扇形视场1和扇形视场2相对于一体化日地月导航敏感器扫描转轴倾斜的角度；(2)计算修正前的月心方向在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中的坐标E_sm，公式如下$E_{\mathrm{sm}}=\left[\begin{array}{c}{\sin \delta }_M\\ \cos {\delta }_M\sin {\phi }_M\\ \cos {\delta }_M\cos {\phi }_M\end{array}\right]---\left(3\right)$(3)计算修正月心方向前卫星指向月球的矢量在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中三轴的分量x_m、y_m、z_m，公式如下$\left[\begin{array}{c}{x}_m\\ y_m\\ z_m\end{array}\right]=L_{\mathrm{ms}}{E}_{\mathrm{sm}}---\left(4\right)$式中，L_ms为月球到卫星距离；(4)计算修正前月心方向在一体化日地月导航敏感器赤道面的投影与一体化日地月导航敏感器赤道面上基准点之间的夹角μ，公式如下μ＝arccos(z_m/L_ms)                    (5)(5)计算月球亮区最大可视角与实际可视角之间的差。γ＝arccos(R_m/L_ms)-li                 (6)式中，R_m为月球半径；li为实际可视角，是根据星上预报的卫星轨道和星上存储的日地月星历计算得到；(6)计算补偿角λ，公式如下λ＝arccos[(L_ms²-R_m²+R_m²cosγ)/L_ms²]  (7)(7)计算中间变量η，公式如下η＝arccos{[L_ms²-R_m²+R_m²cos(li)]/L_ms²}(8)(8)计算修正后月心方向在一体化日地月导航敏感器赤道面的投影与一体化日地月导航敏感器赤道面上基准点之间的夹角μ′，公式如下μ′＝μ+[arccos(R_m/L_ms)-η-λ]       (9)(9)计算卫星指向月球矢量在一体化日地月导航敏感器赤道面的投影r_k，公式如下$r_k=\sqrt{{L_{\mathrm{ms}}}^2-{x_m}^2}---\left(10\right)$(10)计算中间变量Q，公式如下$Q=\sqrt{{x_m}^2+{(L_{\mathrm{ms}}-r_k)}^2}---\left(11\right)$(11)计算中间变量T，公式如下$T=\frac{\sqrt{Q^2{r_k}^2{\left(\cos \left({\beta }_L\right)\right)}^2-(L_{\mathrm{ms}}-r_k)({L_{\mathrm{ms}}}^2{r}_k-L_{\mathrm{ms}}{x_m}^2-{L_{\mathrm{ms}}}^3-r_k{Q}^2)}-{\mathrm{Qr}}_k\cos \left({\beta }_L\right)}{L_{\mathrm{ms}}-r_k}---\left(12\right)$(12)计算扫描转角ε，公式如下$ϵ=\arccos \left(\frac{{L_{\mathrm{ms}}}^2+{r_k}^2+{x_m}^2-T^2}{{2L}_{\mathrm{ms}}{r}_k}\right)---\left(13\right)$(13)计算一体化日地月导航敏感器扇形视场1、扇形视场2与月心方向在一体化日地月导航敏感器赤道面上的投影的夹角ε_L1和ε_L2，分为如下4种情况①若y_m＜0且μ≥ε，则$\left\{\begin{array}{c}ϵ\_L1=\mu -ϵ\\ ϵ-L2=\mu +ϵ\end{array}\right.---\left(14\right)$②若y_m＜0且μ＜ε，则$\left\{\begin{array}{c}ϵ\_L1=2\pi -(ϵ-\mu )\\ ϵ-L2=\mu +ϵ\end{array}\right.---\left(15\right)$③若y_m≥0且μ≥ε，则$\left\{\begin{array}{c}ϵ\_L1=2\pi -\mu -ϵ\\ ϵ-L2=2\pi -\mu +ϵ\end{array}\right.---\left(16\right)$④若y_m≥0且μ＜ε，则$\left\{\begin{array}{c}ϵ\_L1=2\pi -(\mu +ϵ)\\ ϵ-L2=ϵ-\mu \end{array}\right.---\left(17\right)$(14)计算修正月心方向后的一体化日地月导航敏感器扇形视场1和扇形视场2扫描到月球的脉冲时刻t′_L1-MOON和t′_L2-MOON，公式如下$\left\{\begin{array}{c}{t}_{L1-\mathrm{MOON}}^{\prime }=ϵ\_L1/{\omega }_{\mathrm{ROT}}\\ t_{L2-\mathrm{MOON}}^{\prime }=ϵ\_L2/{\omega }_{\mathrm{ROT}}\end{array}\right.---\left(18\right)$(15)计算修正后的月心方向在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中方位角φ′_M和俯仰角δ′_M，公式如下${\phi }_M^{\prime }={\omega }_{\mathrm{ROT}}(\frac{t_{L1-\mathrm{MOON}}^{\prime }+t_{L2-\mathrm{MOON}}^{\prime }}{2}-t_{M1-M2-\mathrm{REF}})---\left(19\right)$δ′_M＝arctg(sinμ′_Mctgβ_L)     (20)式中，${\mu }_M^{\prime }=\frac{1}{2}{\omega }_{\mathrm{ROT}}(t_{L2-\mathrm{MOON}}^{\prime }-t_{L1-\mathrm{MOON}}^{\prime })-\frac{D_{L1-L2}}{2}.$(16)计算修正后的月心方向在一体化日地月导航敏感器测量坐标系中的坐标E′_sm，公式如下$E_{\mathrm{sm}}^{\prime }=\left[\begin{array}{c}\sin {\delta }_M^{\prime }\\ \cos {\delta }_M^{\prime }\sin {\phi }_M^{\prime }\\ \cos {\delta }_M^{\prime }\cos {\phi }_M^{\prime }\end{array}\right]---\left(21\right).$