[发明专利]一种基于星载GNSS多天线的卫星自主定轨方法

权利要求书

1.一种基于星载GNSS多天线的卫星自主定轨方法，其特征在于步骤如下：

（1）自主定轨开始，系统初始化；

（2）获取星载GNSS多天线观测数据和广播星历，利用获取的观测数据进行单点定位测速解算得到卫星位置、速度结果和接收机钟差，进而利用观测数据中的历元时间减去接收机钟差得到滤波器时间；

（3）判断自主定轨标记是否为启动，若卫星自主定轨标记为启动，则进入步骤（4）；若没有启动则卫星为初次定轨将步骤（2）得到的卫星位置、速度结果由相应的天线相位中心转到卫星质心并初始化卡尔曼滤波状态量，将卡尔曼滤波状态量定义为数据1，并初始化卡尔曼滤波状态误差协方差阵，将方差阵定义为数据2，并置自主定轨标记启动进入步骤启动（4）；

（4）建立基于高精度轨道动力学模型的卫星运动状态方程，利用四阶龙格-库塔积分器对卫星运动状态方程进行积分，得到滤波器时间的卫星位置速度预报值和状态转移矩阵，分别定义为数据3和数据4；若为初次自主定轨，则卫星运动状态方程的积分初值使用步骤（2）中的卫星位置及速度结果；否则使用数据10；

（5）进行卡尔曼滤波的时间更新，计算系统动态噪声协方差阵，将其定义为数据5，利用卡尔曼滤波状态误差协方差阵和步骤（3）中得到的状态转移矩阵计算得到预测状态误差协方差阵，将其定义为数据6；若为初次自主定轨，则卡尔曼滤波状态误差协方差阵使用步骤（3）中的数据2，否则使用数据11；

（6）若步骤（2）中得到的GNSS多天线观测数据为第i个GNSS天线的观测数据，则将数据3从卫星质心处转换到第i个GNSS天线相位中心处，得到数据7；

（7）进行卡尔曼滤波的测量更新，更新步骤如下：

（a）首先计算滤波最优增益阵，建立以步骤（2）中的观测数据为观测量的观测方程，得到观测矩阵，将其定义为数据8，然后采用UD分解滤波原理，利用观测噪声协方差阵、数据8和步骤（5）中得到的数据5和数据6计算滤波最优增益阵，将其定义为数据9；

（b）其次更新卡尔曼滤波状态量；利用步骤（a）中的数据9、步骤（6）中的数据7和步骤（2）中的观测数据更新卡尔曼滤波状态量，将其定义为数据10；

（c）最后更新状态协方差矩阵；利用步骤（a）中的观测噪声协方差阵和数据8以及步骤（5）中的数据6更新状态协方差矩阵，将其定义为数据11；

（8）卡尔曼滤波的测量更新过程结束后，将步骤（7）得到的数据10，由第i个天线相位中心处转换到卫星质心处，得到数据12，重复步骤（2）～(8)即可实现星载实时自主定轨。

2.根据权利要求1所述一种基于星载GNSS多天线的卫星自主定轨方法，其特征在于：所述步骤（2）中的观测数据为GPS、GLONASS和BD2观测数据，GPS、GLONASS和BD2观测数据以不等权方式参与测量更新，GPS、GLONASS和BD2导航系统参与测量更新的权重可以作为定轨可调参数通过星载上注方式调节改变，以获得GPS/GLONASS/BD2多系统最优数据融合结果。

3.根据权利要求1所述一种基于星载GNSS多天线的卫星自主定轨方法，其特征在于：所述步骤（6）和步骤（8）中的i为1、2、…N，N为GNSS天线个数。

4.根据权利要求1所述一种基于星载GNSS多天线的卫星自主定轨方法，其特征在于：所述步骤（6）从卫星质心处转换到GNSS天线相位中心充分考虑天线相位中心在卫星本体系下的安装位置和整星姿态，具体实施步骤如下：

（1）获取第i个天线相位中心在卫星本体系中的位置整星姿态和卫星在惯性系中的位置速度，所述位置速度为卫星位置速度预报值数据3；

（2）利用整星姿态计算卫星轨道系到卫星本体系转换矩阵M_bo；

（3）利用卫星在惯性系中的位置速度计算卫星轨道系到惯性系转换矩阵M_io；

（4）利用M_bo和M_io计算得到第i个天线相位中心在惯性系中的安装位置矢量

（5）利用卫星质心在惯性系中的位置矢量和矢量计算得到第i个天线相位中心在惯性系中的位置矢量从而完成数据3到数据7的转换。

5.根据权利要求1所述一种基于星载GNSS多天线的卫星自主定轨方法，其特征在于：所述步骤（8）第i个天线相位中心转换到卫星质心处充分考虑天线相位中心在卫星本体系下的安装位置和整星姿态，具体实施步骤如下：

（1）获取第i个天线相位中心在卫星本体系中的位置整星姿态和卫星在惯性系中的位置速度，所述位置速度来源于卡尔曼滤波状态量数据10；

（2）利用整星姿态计算卫星轨道系到卫星本体系转换矩阵M_bo；

（3）利用步骤（2）中的M^T_bo和位置速度计算卫星轨道系到惯性系转换矩阵M_io；

（4）利用M^T_bo和M_io计算得到第i个天线相位中心在惯性系中的安装位置矢量

（5）利用第i个天线相位中心在惯性系中的位置矢量和矢量计算得到卫星质心在惯性系中的位置矢量从而完成数据10到数据12的转换。