一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法技术

本发明专利技术公开了一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，包括如下步骤：利用巡视器接收地外天体网络信号，根据无线网络定位原理，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置；利用轨道器观测地外天体获得影像，经去噪处理后，通过提取标志点、建立坐标系，完成相对关系建立，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置；采用预设的处理算法对网络定位系统时钟进行误差校正，得到矫正后的巡视器精确定位信息。本发明专利技术在地面测控站无法实时支持和校准的情况下，仅通过轨道器载荷提供的卫星影像信息修正时钟误差，使巡视器完成绝对定位，显著降低了对地面测控的依赖。

A location method using satellite image assistant and wireless communication network

The invention discloses a positioning method using satellite image aided and wireless communication network, which comprises the following steps: receiving extraterrestrial celestial body network signals by a patrol, determining the position of the patrol in the celestial body fixed coordinate system according to the positioning principle of a wireless network, and observing the extraterrestrial celestial body by an orbiter to obtain images and pass through After noise processing, the position of the patrol in the celestial body fixed coordinate system is determined by extracting the mark points and establishing the coordinate system, and the corrected precise positioning information of the patrol is obtained by using the preset processing algorithm to correct the clock error of the network positioning system. When the ground TT&C station can not support and calibrate in real time, the clock error is corrected only by the satellite image information provided by the orbiter load, so that the patrol can complete absolute positioning, and the dependence on the ground TT&C is significantly reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法
本专利技术涉及一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，尤其适用于地外天体巡视器的绝对定位，属于航天器导航

技术介绍
随着各国深空探测技术的不断发展，开展深空探测的飞行器数量正在不断增加，使地面测控通信系统负担日益增大。同时，由于深空探测具有远距离高延时的特殊性，地面测控系统无法连续、实时的为众多的地外天体表面巡视器逐一开展精确测控。为保证地外天体巡视器的定位能力，使越来越多的地外巡视器不实时依赖地面测控来拥有可靠的定位精度，这就要求地外天体巡视器能够依靠地外天体通信网络进行半自主定位。在无法实时校准畸变的深空地外天体网络中，单纯依靠地外天体网络进行定位，会将时空畸变造成的误差引入巡视器的定位过程，其误差量级以每日百余米的增长速度不断累积，势必导致地外天体巡视器的定位精度下降。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，在地面测控站无法实时支持和校准的情况下，仅通过轨道器载荷提供的卫星影像信息修正时钟误差，使巡视器完成绝对定位，显著降低了对地面测控的依赖。本专利技术的技术解决方案是：一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，包括如下步骤：S1、利用巡视器接收地外天体网络信号，根据无线网络定位原理，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置；S2、利用轨道器观测地外天体获得影像，经去噪处理后，通过提取标志点、建立坐标系，完成相对关系建立，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置；S3、采用预设的处理算法对网络定位系统时钟进行误差校正，得到矫正后的巡视器精确定位信息。所述S1中，轨道器、着陆器和地外天体基地的位置均通过地面测控网长期测定，位置精确已知，并通过不间断的向外发射无线电信号组成地外天体网络，巡视器通过接收地外天体网络信号进行无线电定位。所述S1中，巡视器接收的地外天体网络信号包括轨道器、着陆器和地外天体基地的无线信号传播时间，无线信号传播涉及基于不同基准的卫星时钟和接收机时钟，默认时间参量为GPST，巡视器受电离层或对流层的影响均为0。所述S1中，根据狭义相对论效应，高速运动的轨道器对巡视器呈现时间膨胀，即假设时钟一样，轨道器的时钟比巡视器的时钟运行的慢；根据广义相对论效应，巡视器对轨道器呈现时间收缩；轨道器的误差由两种效应叠加作用产生。所述S2中，在轨道器过顶时刻，利用轨道器携带的遥感载荷观测地外天体并获取一幅分辨率为0.25m的遥感图像。所述S2中，建立天体表面标志点坐标系、相机坐标系、像平面坐标系及天体质心惯性坐标系，并对三个用于定位的天体表面标志点分别进行空间几何位置建模。所述S2中，相对关系建立是结合载荷所在轨道器的定位信息、载荷内参数、天体固连坐标系与惯性坐标系之间的关系，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置。所述S3中，预设的处理算法是将位置误差反映成时间误差，对时间同步性进行校正。所述S3中，假定天地时间同步，采用时间无关测量方式求得该时刻下的巡视器位置，再与同时刻下采用时间测距方式求出的巡视器位置对比，反映时间的异步量。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：【1】本专利技术在地面测控站无法实时支持和校准的情况下，仅通过轨道器载荷提供的卫星影像信息修正时钟误差，使巡视器完成绝对定位，显著降低了对地面测控的依赖，为提高地外天体巡视器绝对定位精度提供了新的解决途径。【2】本专利技术逻辑通顺、思路清晰、设计合理；定位过程安全稳定，既减轻了工作人员的操作负担，又大幅降低了操作成本。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的流程图图2为误差产生示意图图3为天体固连坐标系的关系图图4为投影关系示意图具体实施方式为使本专利技术的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本专利技术作进一步描述：如图1所示，一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，包括如下步骤：S1、巡视器对地外天体网络进行信号接收，基于无线网络定位原理，通过网络获得巡视器在天体固连坐标系中的位置。所述S1中，包含的位置解算原理为：巡视器C进行绝对定位的观测量是来自轨道器A、地外天体基地B、着陆器E的无线信号传播的时间，利用其可以计算卫星到用户之间的实时距离。测量的基本原理是s＝c·Δt，关键在于Δt的测量。信号传播涉及基于不同基准的卫星时钟和接收机时钟，默认时间参量是统一到GPST，且地外天体多数大气稀薄，可认为巡视器C受电离层对流层影响为0，则轨道器A到巡视器C之间的距离可表示为：ρ＝r+c(δtu-δt(s))+ερ同理，着陆器E、地外天体基地B到巡视器C的距离也可参照上述表示。联立三个距离方程式可得：其中，tA表示信号从轨道器A发出的时刻，tB表示信号从天体基地B发出的时刻，tE表示信号从着陆器E发出的时刻，tC表示巡视器C接收到信号的时刻，以上为已知量；(XA,YA,ZA)表示轨道器A在天体固连坐标系下的位置坐标，(XE,YE,ZE)表示着陆器E在天体固连坐标系下的位置坐标，(XB,YB,ZB)表示地外天体基地B在天体固连坐标系下的位置坐标，以上三个坐标均为已知量；(XC,YC,ZC)表示巡视器C在天体固连坐标系下的位置坐标，为待求位置量。如图2所示，所述S1中，包含的较大误差量为：由于存在各种原因引起的时钟异步，导致轨道器/着陆器/巡视器/地外天体基地的时钟无法准确的对应于T时刻，着陆器/巡视器/地外天体基地均位于地外天体表面，其时钟异步属于小量，尚可忽略。轨道器与它们之间的时钟异步由时空畸变引起，属于误差大量，无法忽略。以Δt表示时空畸变引起的时钟异步，即轨道器的T时刻与轨道器看来其它的T时刻(实为T+Δt)时刻之间的差异，为未知量；表示轨道器A在轨道器T时刻于天体固连坐标系下的精确三维位置；表示地外天体基地B在T+Δt时刻的坐标，表示着陆器E在T+Δt时刻的坐标，上述三个坐标均为已知量。tA表示信号从轨道器A发出的时刻，tB表示信号从天体基地B发出的时刻，tE表示信号从着陆器E发出的时刻，以上为已知量；表示巡视器C在天体固连坐标系下的位置坐标，为待求位置量。联立三个距离方程式可得：由上式可以看出，误差主要由Δt产生，作用于距离量，直接影响时间测距导航体制的定位解算精度。所述S1中，包含的误差量级为：假设地外天体为月球，轨道器A相对于天体表面的运行速度为1500m/s，即轨道器A相对于天体表面的巡视器C而言在做高速运动，由此产生了狭义相对论效应，对时间测距导航定位体制的影响不容忽视。狭义相对论指出，高速运动的轨道器A在巡视器C看来呈现时间膨胀，即假设时钟一样，轨道器A的时钟比巡视器C的时钟运行的慢，即时间延缓效应。同时，由于轨道器A在距离天体质心2000Km的轨道上运行，离天体越远，由天体质量引起的时空弯曲度越小，由此产生了广义相对论效应，时空弯曲度小的位置比时空弯曲度大的位置时钟看起来会快，在巡视器C看来轨道器A呈现出时间收缩，即引力势效应。为评估上述效应的影响，假设一组参数输入：轨道器A的轨道偏心率为es＝0.01，轨道高度h轨道器＝400Km，轨道半长轴a＝2.138×106m，偏近点角Ek＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、利用巡视器接收地外天体网络信号，根据无线网络定位原理，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置；S2、利用轨道器观测地外天体获得影像，经去噪处理后，通过提取标志点、建立坐标系，完成相对关系建立，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置；S3、采用预设的处理算法对网络定位系统时钟进行误差校正，得到矫正后的巡视器精确定位信息。

【技术特征摘要】
1.一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、利用巡视器接收地外天体网络信号，根据无线网络定位原理，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置；S2、利用轨道器观测地外天体获得影像，经去噪处理后，通过提取标志点、建立坐标系，完成相对关系建立，确定巡视器在天体固连坐标系中的位置；S3、采用预设的处理算法对网络定位系统时钟进行误差校正，得到矫正后的巡视器精确定位信息。2.根据权利要求1所述的一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，其特征在于：所述S1中，轨道器、着陆器和地外天体基地的位置均通过地面测控网长期测定，位置精确已知，并通过不间断的向外发射无线电信号组成地外天体网络，巡视器通过接收地外天体网络信号进行无线电定位。3.根据权利要求1所述的一种采用卫星影像辅助和无线通信网络的定位方法，其特征在于：所述S1中，巡视器接收的地外天体网络信号包括轨道器、着陆器和地外天体基地的无线信号传播时间，无线信号传播涉及基于不同基准的卫星时钟和接收机时钟，默认时间参量为GPST，巡视器受电离层或对流层的影响均为0。4.根据权利要求1所述的一种采用卫星影...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆龙，孙俊，彭杨，谭龙玉，贺亮，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31