基于星间测距增强的卫星编队GPS相对导航研究.pdf

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1、第34卷2017年第3期上海AEROSPACE航天SHANGHAI95文章编号：1006—1630(2017)03—009507基于星间测距增强的卫星编队GPS相对导航研究张伟1，杜耀珂2，李东俊3，王瞧1，金小军1，徐兆斌1，金仲和1(1．浙江大学微小卫星研究中心，浙江杭州310027；2．上海航天控制技术研究所，上海201109；3．航天恒星科技有限公司，北京100086)摘要：针对单纯差分GPS系统在精度、连续性、实时性方面存在的问题，提出了一种星间测距增强差分GPS的卫星编队组合相对导航方案。该组合相对导航系统由编队卫星中分别安装的GP

2、S接收机、星间RF测量传感器，以及主星中运行的导航处理器组成，其中星间RF测量传感器集成了窄带通信功能，可在进行星间距离测量的同时同步进行GPS数据的互传。采用扩展Kalman滤波算法，结合简化动力学模型和GPS以及RF测量数据实现卫星编队的相对位置与速度的高精度实时递推解算。用模拟器采集数据进行了仿真验证，结果表明：在星间测距数据辅助下，星间基线长度在星间测距z-作的30km范围内时，实时相对导航精度优于1InIn；系统在GPS信号中断时仍可连续输出满足精度要求的相对位置、速度数据；系统初始化时间由单纯差分GPS相对导航系统的几十个历元降低到

3、单点。关键词：卫星编队；相对导航；组合导航；伪距；载波相位；差分GPS；星间测距；扩展Kalman滤波中图分类号：V412．41文献标志码：AD01：10．19328／j．cnki．1006—1630．2017．03．013Inter-SatelliteRangingAugmentedGPSRelativeNavigationforSatelliteFormationFlyingZHANGWeil，DUYaoke2，LIDong—jun3，WANGQia01，JINXiaojunl，XUZhao—binl，JINZhong—hel(1．Micr

4、o—SatelliteResearchCenter，Zh@angUniversity，Hangzhou310027，Zhejiang，China；2．ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechnology，Shanghai201109，China；3．SpaceStarTechnologyCo．Ltd．，Beijing100086，China)Abstract：Aimedatovercominglimitationsinnavigationaccuracy，navigationcontinuityandr

5、eal—timeperformanceinpurecarrierdifferentialGPSsystem，aninter-satelliterangingaugmentedGPScarrierdifferentialrelativenavigationmethodwasproposed．TheintegratedrelativenavigationsystemcontainsGPSreceivers，inter-satelliterangingsensorsandnavigationprocessorwhichoperatesinmainsa

6、telliteoftheformationflyingsystem．Narrowbandcommunicationfunctionisintegratedintheintersatelliterangingsensor，whichmeansitcanmeasuresatefliterangeandtralnsferGPSdataatthesametime．BasedonextendedKalmanfilter，thesatelliterelativepositionandvelocityarereal—timecomputedbyapplyin

7、gthesimplifieddynamicmodelwithGPSandinter—satelliterangingsensordata．ThealgorithmisvalidatedwithdatageneratedbyaGPSsimulator．Simulationresultsindicatethattheproposedapproachiseffectiveforimprovingnavigationaccuracy，navigationcontinuityandreal—timeDerformancewhenthebaselineis

8、smallerthan30km．Theachievedrealtimenavigationaccuracyisbetterthan1mm；thesys