量子测距结合星间测角双星定轨方法、系统、计算机设备技术方案

本发明专利技术属于卫星定轨技术领域，公开了一种量子测距结合星间测角双星定轨方法、系统、计算机设备。在高轨卫星上加入太阳光压摄动和地球辐射摄动，建立轨道摄动模型，得到实时定轨中的受摄运动方程。量子测距单元实现纠缠双光子发射、接收和符合计数，测算两颗卫星的相对位置矢量。星间测角单元将模拟的数据送入敏感器图像单元处理，得到两颗导航卫星连线的基线分别与两颗恒星的夹角。轨道测高单元得到卫星轨道的高程信息，以上三个单元组成测量模型。轨道估计采用递推过程的无迹卡尔曼滤波。在数值仿真单元证明了方案的可行性。本方法在脱离了地面站的情况下，利用量子测距实现卫星间的距离测定，测距精度可达到mm级别，实现高精度导航卫星自主定轨。导航卫星自主定轨。导航卫星自主定轨。

【技术实现步骤摘要】
量子测距结合星间测角双星定轨方法、系统、计算机设备


[0001]本专利技术属于卫星定轨
，尤其涉及一种量子测距结合星间测角双星定轨方法、系统、计算机设备。

技术介绍

[0002]由于目前卫星技术的发展和任务需求增长，卫星数量呈几何级增加，而卫星所处的轨道往往也不同，其复杂程度越来越高。对于传统的依靠地面站来获取卫星位置、速度以及姿态等信息对卫星进行定轨的方法来说，就需要建立更多的地面站，并且提高地面站的测控能力，这就需要更大的代价。在地面站失控或者联系中断时，也需要依靠星间链路。因此，为了保证卫星能够顺利完成深空探测任务，保持良好的定轨精度，往往需要自主导航，也就是各个卫星之间通过星间链路建立关系。这样，能够提高卫星的定轨精度，以及钟差修正、时间同步的精度，还能降低使用地面站的频率，提高卫星的在轨服务能力。
[0003]在自主定轨时，通常采用星间相对距离和星间角距等组合起来，基于量子纠缠的测距技术不同于经典方法来测量信号到达的时间，而是采用符合测量技术，测量出纠缠态光子的到达时间差，可以解决测距精度和模糊距离相互矛盾的现象。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子测距结合星间测角双星定轨系统，其特征在于，所述量子测距结合星间测角双星定轨系统包括：轨道摄动模型单元，用于综合考虑各种摄动因素，建立导航卫星的轨道力学模型，通过数值积分获得对应时刻的卫星状态；量子测距单元，用于使用量子测距设备完成星间相对位置矢量的测量；星间测角单元，用于使用测角相机测量星间的相对方位，完成双星偏移和旋转位置的确定和修正；轨道测高单元，用于测量轨道的高程信息，完成双星定轨所需的轨道高度；轨道估计模型单元，依据动力学模型和轨道积分器进行状态更新，并且利用星间测量出的距离和角度信息修正先验估计值的量测值；数值仿真单元，通过指定初始时间，仿真出双星定轨的结果，验证方案的可行性。2.如权利要求1所述的量子测距结合星间测角双星定轨系统，其特征在于，所述轨道摄动模型单元包括：时间系统转换单元，用于将协调世界时转换为力学时和儒略日；坐标系转换单元，用于完成J2000.0地心平赤道坐标系与ICRF坐标系的转换；卫星轨道摄动单元，通过加入摄动因素，求出摄动加速度，建立出卫星以轨道要素的摄动方程。3.如权利要求1所述的量子测距结合星间测角双星定轨系统，其特征在于，所述量子测距单元包括：双光子发射模块，通过在主测距卫星产生纠缠光子对并且向待测距卫星和内部光路分别发射信号光子和闲散光子；双光子接收模块，用于接收闲散光子和经待测距卫星上的角反射器返回主星的信号光子；光子符合计数模块，用于将接收到的信号光子与闲散光子进行关联，获得纠缠双光子的二阶关联曲线；距离测算模块，用于对由于系统内外部光程差产生的两条二阶关联曲线进行DFT相位差加权处理，获得主测距到待测距卫星的实际光程差。4.如权利要求1所述的量子测距结合星间测角双星定轨系统，其特征在于，所述星间测角单元包括：数据模拟单元，用于模拟导航卫星和恒星的坐标数据，将模拟的卫星数据传入敏感器图像单元；敏感器图像单元，用于将导航卫星的坐标数据和恒星的数据由实际相对位置转换到像平面坐标系上的坐标，生成敏感器图像；数据匹配单元，将生成的敏感器图像与实际星图进行对比，辅助找到导航卫星和恒星，修正误差，得到导航卫星和恒星的质心坐标及修正后的图像；角距生成单元，根据角距计算方法计算出卫星星间基线和卫星与恒星连线的角距测量值。5.如权利要求1所述的量子测距结合星间测角双星定轨系统，其特征在于，所述轨道估计模型单元包括：
时间更新模块，通过滤波器给出卫星轨道根数的预报值；量测更新模块，通过给出轨道根数的滤波值，与仿真得到的轨道值进行对比，利用存储在卫星上的预报星历所提供的先验值信息弥补星间距离观测值中所缺失的基准信息，实现精确定轨。6.一种运行权利要求1～5任意一项实施量子测距结合星间测角双星定轨系统的量子测距结合星间测角双星定轨方法，其特征在于，所述量子测距结合星间测角双星定轨方法包括以下步骤：在高轨卫星轨道加入太阳光压摄动和地球辐射摄动，计算得到数值仿真单元所需的状态方程；实现纠缠双光子的发射和接收，进而进行双光子的符合计数，从而测算两颗卫星的距离；将模拟的数据送入敏感器图像单元进行处理，并且完成数据的匹配，进而通过推导出的公式计算出两颗导航卫星连线的基线分别与两颗恒星的夹角；通过卫星自身携带的高度计，向海面发射信号，通过测量信号反射的时间，测量出卫星距离海平面的高度；组成测量模型，得到数值仿真单元所需的测量方程；轨道估计采用递推过程的无迹卡尔曼滤波；以两颗卫星的速度和位置作为初始变量，建立两个导航卫星的动力学模型，根据星间距离、卫星基线和卫星和恒星连线...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，孙景荣，刘姝妍，许录平，郭泽熙，李鹏魏，宋迤达，元利芳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：