基于GPS的低轨伴飞卫星自主导航轨道确定.pdf

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1、上海航天AEROSPACESH’ANGHAI2010年第2期文章编号：1006—1630(2010)02—0038—08基于GPS的低轨伴飞卫星自主导航轨道确定杨文博1，李英波1，施常勇1，周曜2(1．上海航天控制工程研究所，上海200233}2．中智上海经济技术合作公司，上海200030)摘要：对基于EKF算法的相对导航滤波器和基于全球卫星定位系统(GPS)伪距测量的伴飞星定轨进行了研究。用几何法与相对动力学方法联合获得目标星轨道信息，给出了伴飞卫星伪距测量定位的模型。仿真结果表明：该定轨方法可用于低轨卫星实时定位导航，定轨精

2、度较高。关键词：伴飞星；自主导航；全球卫星定位系统；扩展Kalman滤波；伪距；定轨中图分类号：V412．41文献标示码：AAnOrbitDeterminationMethodBasedonGPSforAutonomousNavigationofFlyaroundSatelliteYANGWen—b01，LIYing-b01，SHIChang—yon91，ZHOUYa02(1．ShanghaiAerospaceControlEngineeringInstitute，Shanghai200233，China；2．ChinaInte

3、rnationalIntellecteeh(Shanghai)Corporation，Shanghai200030，China)Abstract：TheorbitdeterminationforflyroundsatellitebasedonextendedKalmanfihering(EKF)relativenavigationalgorithmandGPSpseudo-rangeobservationspositioningwasstudiedinthispaper．Thetargetsatelliteinformation

4、wasobtainedbythegeometryandrelativedynamics，andthepositioningmoddofpseudo-rangeobservationsfortheflyroundsatellitewasestablished．Thesimulationresultsshowedthatthismethodwouldbeusedinthefitsreal-timeorientationandnavigationwithhighpositioningaccuracy．Keywords：Flyround

5、satellite；Autonomousnavigation；Globulepositioningsystem；ExtendedKalmanfilter；Pseudo-range；0rbitdetermination0引言GPS卫星导航系统已在多个领域中获得了广泛应用，其中一个重要应用是航天器的导航定位。采用GPS导航可提供自主导航控制，尤其是在无人条件下，无需地面跟踪设备与地面台站，利用GPS测量系统能自动完成对GPS卫星信号的捕获与跟踪，实时获得两航天器间的相对位置信息。GPS导航定位方法主要有绝对定位、相对定位和动态定位。

6、GPS绝对定位方法仅利用单部GPS的观测站与卫星的伪距测量确定卫星轨道。因在伪距测量中可能引入较大的随机噪声，故还可通过多观测量法提高伪距测量精度而改善GPS的定位精度。常用的方收稿日期：2008—03—13，修回日期：2008—05—15作者简介：杨文博(1978一)，女，硕士，主要研究方向为自主导航技术。法有综合伪距与伪距率方法，综合伪距、伪距率与载波相位方法，以及综合伪距与多普勒方法等。与其他定位方法相比，GPS导航定位具跟踪定位精度高、实时功能受操作条件约束少、硬件发展复杂性低、不受卫星轨道高度影响等优点，星载GPS已成

7、为低轨卫星精密定轨有效工具，研究星载GPS低轨卫星定轨技术有其重要意义[i]。在传统航天器空间交会对接中，一般以选定的航天器为基准站，计算两航天器间的相对运动参数。对目标航天器的定位，一种是用1个滤波器同时求解基准站的绝对位置、速度及量航天器的相对位置与速度，但增加了滤波器状态参数，加大系统的计算压力，降低了实时性；另一种是用1个绝对导航滤波器求解基准站的绝对位置、速度，再根据该滤波器的输出结果，用1个差分导航滤波器确定两航天器的相对位置与速度，但缺点是绝对求解精度直接影响相对求解精度。2010年第2期杨文博，等：基于GPS的低

8、轨伴飞卫星自主导航轨道确定低轨伴飞卫星自主导航中目标航天器为非合作目标，两航天器间无通信联系。为此，本文对基于GPS的低轨伴飞卫星自主导航轨道的确定进行了研究。X=，(X)=1GPS伪距测量定位原理基于伪距测量的GPS绝对定位方法是利用单站绝对定位，求解GPS载