[发明专利]一种地月空间航天器的天基测定轨方法

权利要求书

1.一种地月空间航天器的天基测定轨方法，其特征在于，包括：

步骤1、获取待定轨航天器在初始历元时的初始状态以及初始误差；

步骤2、在初始历元的下一历元时，获取通过GNSS确定的低轨卫星的位置和速度，获取通过星上测量设备确定的低轨卫星与待定轨航天器之间的距离，根据低轨卫星的位置和速度和该距离对所述初始状态以及所述初始误差进行扩展卡尔曼滤波处理，得到待定轨航天器在下一历元的状态以及误差；

步骤3、以所述下一历元作为初始历元，以所述下一历元的状态作为初始状态，以所述下一历元的误差作为初始误差，重复执行步骤2，得到多组状态以及误差，将所有历元的状态以及误差进行整合得到待定轨航天器的轨迹；

所述扩展卡尔曼滤波处理具体包括：

时间更新以及测量更新；

所述时间更新的具体过程为：

基于动力学模型，根据第i个历元t_i的状态X_i对第i+1个历元t_i+1的状态X_i+1进行预测；

所述测量更新的具体过程为：

利用第i+1个历元t_i+1下的低轨卫星与所述待定轨航天器之间的距离以及该历元对应的通过GNSS确定的低轨卫星的位置和速度，对第i+1个历元t_i+1的状态以及第i+1个历元t_i+1的误差进行校正；

所述根据第i个历元t_i的状态X_i对第i+1个历元t_i+1的状态X_i+1进行预测具体为：

其中，Φ_i+1|i＝Φ_Y(t_i+1,t_i)，Γ_i+1|i＝Γ_Y(t_i+1,t_i)，Φ_Y(t_i+1,t_i)为历元t_i+1相对于历元t_i的状态转移矩阵,Γ_Y(t_i+1,t_i)为历元t_i的加速度过程噪声对历元t_i+1的位置速度状态的转移矩阵，u_i＝u(t_i)＝(u_xi,u_yi,u_zi)^T为加速度过程噪声，Y＝(r^T,v^T)^T，r为航天器的位置矢量，v为航天器的速度矢量，为加速度过程噪声u_i的协方差矩阵，其中的和ρ_uz分别为在地心惯性系x、y和z坐标轴方向的加速度过程噪声标准差,X(t_i+1，X_i)为数值积分后历元t_i+1的未增加过程噪声影响的状态预测值，P_i为历元t_i的状态协方差矩阵，r_i为历元t_i的待定轨航天器的位置矢量，v_i为历元t_i的待定轨航天器的速度矢量，X_i+1|i为根据t_i历元对应的定轨结果X_i计算出的t_i+1历元对应的状态预测值，P_i+1|i为t_i+1历元的状态预测值X_i+1|i所对应的协方差矩阵，Y(t_i)为从t_i历元到t_i+1历元的轨道预报过程中t_i对应的位置速度状态矢量，Y(t_i+1)为从t_i历元到t_i+1历元的轨道预报过程中t_i+1历元对应的位置速度状态矢量；

所述利用第i+1个历元t_i+1下的低轨卫星与所述待定轨航天器之间的距离，对第i+1个历元t_i+1的状态以及第i+1个历元t_i+1的误差进行校正的具体过程为：

X_i+1＝X_i+1|i+K_i+1(z_i+1-h(X_i+1|i))

其中，P_i+1为t_i+1历元定轨结果状态X_i+1的协方差矩阵；K_i+1是卡尔曼增益；P_i+1|i为t_i+1历元的状态预测值X_i+1|i所对应的协方差矩阵；是测量噪声标准差；H_i+1是星间距离测量值对状态的设计矩阵；I是单位矩阵，t_i+1为时间，z_i+1为星上测量设备在t_i+1历元获得的距离测量值,r代表待定轨航天器，s代表用于测量的低轨卫星，为低轨卫星和待定轨航天器低轨卫星和待定轨航天器之间的几何距离，ε(t_i+1)为测量噪声,h(X_i+1|i)表示通过状态预测值X_i+1|i和GNSS确定的低轨卫星的位置和速度计算出的t_i+1历元的低轨卫星和待定轨航天器之间的距离预测值，h(X(t_i+1),t_i+1)表示通过t_i+1历元的状态X(t_i+1)计算出低轨卫星和待估航天器间距离的函数表达式；