[发明专利]一种依据天基卫星测角资料确定低轨目标卫星初始轨道的方法

说明书

技术领域

本发明涉及人造卫星精密定轨中的卫星定初轨技术领域，具体涉及依据观测星测得的低轨目标卫星测角资料确定其初始轨道的方法。

背景技术

依据天基卫星测角资料确定低轨目标卫星轨道，最初认为与地基观测站测角资料定初轨没有什么区别，仅仅是把观测站从地面搬到天上而已。事实上这两者有很大区别，地基测站仅随地球自转，而观测卫星则在低轨轨道上高速运行，其运动的力学规律和低轨目标卫星极其类似。当依据观测星对低轨目标卫星的测角资料计算初轨时，由于没有距离观测量，将出现两重解，真解是目标卫星轨道，假解是观测卫星自身轨道。

如果照搬地基观测的初轨计算方法，对半长轴20000km以上的高轨目标，可以收敛到真解附近，这是由于高轨卫星运动速度较慢，和观测星的运动规律有较大差异，但是对于低轨目标卫星，由于运动力学规律的极度相似性，以及目标星相对观测星的高速动态性和距离观测量缺失，如果不对传统的测角资料定初轨运动方程加以改进，会使得计算程序自动收敛到假解附近，这就会严重影响定轨精度。

发明内容

针对现有天基确定低轨卫星目标轨道技术会自动收敛到假解附近，严重影响定轨精度的问题，本发明的目的在于提供一种依据低轨目标卫星相对观测星测角资料定初轨的方法，该方法屏蔽传统的依据天基测角资料定初轨运动方程的假解，使程序向着真解的方向收敛，并达到较高的定轨精度。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种依据天基卫星测角资料确定低轨目标卫星初始轨道的方法，该方法采用加权测角资料确定低轨卫星初始轨道的运动方程，并利用该运动方程使得计算程序对所有目标收敛到真解。

在本方案的优选方案中，所述方法首先利用高速运动低轨目标卫星相对于低轨观测卫星的测角资料，得到目标星相对观测星单位矢量的条件方程；

接着，在给条件方程加约束的前提下得到测距ρ₀加约束的条件方程和

最后，利用选择一定步长、给约束方程中的ρ₀以及目标星的半长轴a₀加一定权重的方法，得到迭代解作为下一步迭代的初值：位置速度进而迭代计算直到收敛得到低轨目标卫星初始轨道，并由此屏蔽假解，得到真解，确定目标星的位置和速度。

进一步的，具体的实现步骤如下：

步骤1，

依据地基定初轨的单位矢量法，得到目标相对观测星的单位矢量

式中为目标星相对于观测星的单位矢量，ρ_k为目标星相对于观测星的距离，观测量(α_k,δ_k)为在惯性坐标系下的赤经赤纬；

步骤2，

引进两个与正交的单位矢量

单位矢量由观测量赤经赤纬(α_k,δ_k)计算，由此对每个观测量(α_k,δ_k)产生下述两个加约束的条件方程：

其中加权

式中σ为迭代过程中得到的中误差；

步骤3，

增加对ρ₀的约束条件；

初始迭代只对测距ρ₀加约束求解对ρ₀加约束条件方程为：

加权1/w_r,(w_r＝100米)

其解作为以下迭代计算的初值

第二次迭代时，改为求解的改正量

此时对每个观测量(α_k,δ_k)形成下述两个条件方程：

(加权1/ρ_k^*σ)

式中由计算，而由计算；

步骤4,

依据再对测距ρ₀加约束条件，得到测距ρ₀加约束的条件方程：

ρ₀的初值由圆轨道计算得到，将条件方程加上述约束条件的解作为下一步迭代的初值

步骤5，

在迭代计算后期对半长轴a₀再加入一个约束条件，需要适当加权，以匹配ρ₀，以提高定轨精度。