一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法技术

本发明专利技术提供了一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，包括：基于卫星可见性进行观测对象的初选；基于初选结果，构建观星序列的表达式；选择Fisher信息矩阵的行列式为观星序列的优化指标函数；采用优化指标函数计算不同观星序列的指标值，选择指标值最大的观星序列为最优观星序列。本发明专利技术提出一种基于可观性的观星序列规划方法，采用基于Fisher信息矩阵的指标函数对观星序列进行择优选择，从而提高了星敏感器观测已知卫星的导航精度。本发明专利技术采用Fisher信息矩阵实现观测对象选择，实现在充分考虑飞行器运动的条件下为飞行器提供最优观星序列，现对于现有的观星选择方法，导航的精度得到了有效的提升。度得到了有效的提升。度得到了有效的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法


[0001]本专利技术涉及导航
，具体涉及一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法。

技术介绍

[0002]卫星方向矢量导航是指飞行器利用星敏感器对已编目的卫星进行观测，获取卫星相对于星敏感器的方向矢量，并据此确定飞行器运动状态。该导航方法的信息源为已编目的空间目标，数量多，分布广，使得该导航方法可在全球范围提供服务。并且，卫星的光学信号不易被干扰，使得该导航方法具有极强的自主性。因而，该导航方法可用于航天器以及临近空间飞行器自主导航任务。
[0003]当飞行器搭载单视场星敏感器时，为了保证导航性能，卫星方向矢量导航要求星敏感器分时段观测不同的卫星。申请号为CN202110484592.9的中国专利申请公开了一种基于人造卫星的星光定位导航方法，该申请中通过计算位置几何精度因子完成观测对象的选择。但是该申请中所采用的位置几何因子仅可应用于单个时刻的观测对象选择，该选星指标无法在考虑飞行器运动的情况下规划出最优的观星序列。
[0004]对于卫星方向矢量导航而言，观测对象的选择会直接影响卫星方向矢量导航方法的导航精度。因此，为了规划出最优的观星序列，必须在考虑飞行器运动的条件下提出相应的指标函数。
[0005]综上所述，急需一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，旨在解决现有的观星选择方法在未考虑飞行器运动的情况下选择观测对象，导致导航精度较低的问题，具体技术方案如下：一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，包括以下步骤：步骤S1：基于卫星可见性进行观测对象的初选；步骤S2：基于初选结果，构建观星序列的表达式；步骤S3：选择Fisher信息矩阵的行列式为观星序列的优化指标函数；步骤S4：采用优化指标函数计算不同观星序列的指标值，选择指标值最大的观星序列为最优观星序列。
[0007]以上技术方案中优选的，所述步骤S1具体是：在已编目卫星数据库中，根据星敏感器的位置以及观测约束判断卫星是否可见，选出可见的卫星。
[0008]以上技术方案中优选的，所述观测约束包括太阳光干扰、地球遮挡、地球阴影区、星敏感器探测距离以及星敏感器与观测对象的相对角速度。
[0009]以上技术方案中优选的，所述步骤S2中构建观星序列表达式具体是：
设飞行器携带的星敏感器共进行M个时刻的连续观测，然后将其划分为N段，每段观测内的观测对象为，每段观测时长为，其中；则观星序列P的表达式为：
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（1）。
[0010]以上技术方案中优选的，所述步骤S3中优化指标函数具体如下：
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（2），
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（3），其中，F表示Fisher信息矩阵，J为指标值，表示求取矩阵的迹，为k时刻的测量方差，M为观星序列中的最后一个观测时刻，为飞行器运动状态从k时刻到M时刻的状态转移矩阵，为k时刻的测量矩阵。
[0011]以上技术方案中优选的，在公式（3）中： （4），其中，为k时刻观测对象到星敏感器的距离，为k时刻观测对象相对于星敏感器的方向矢量，为3
×
3的单位矩阵，为3
×
3的零矩阵。
[0012]以上技术方案中优选的，所述步骤S4中，对不同的观星序列采用智能优化方法获得指标值最大的最优观星序列。
[0013]应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：本专利技术提出一种基于可观性的观星序列规划方法，采用基于Fisher信息矩阵的指标函数对观星序列进行择优选择，从而提高了星敏感器观测已知卫星的导航精度。本专利技术采用Fisher信息矩阵实现观测对象选择，实现在充分考虑飞行器运动的条件下为飞行器提供最优观星序列，现对于现有的观星选择方法，导航的精度得到了有效的提升。
[0014]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0015]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性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是卫星方向矢量导航的观星序列规划方法的流程图；图2是仿真应用案例中飞行器的定位结果示意图。
具体实施方式
[0016]为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，并给出了本专利技术的较
佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0017]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0018]实施例1：参见图1，一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，具体是一种基于Fisher信息矩阵的观星序列规划方法，包括以下步骤：步骤S1：基于卫星可见性进行观测对象的初选；所述步骤S1具体是：在已编目卫星数据库中，根据星敏感器的位置以及观测约束判断卫星是否可见，选出可见的卫星，具体的判断方法为本领域人员公知。进一步的，本实施例中所述观测约束包括太阳光干扰、地球遮挡、地球阴影区、星敏感器探测距离以及星敏感器与观测对象的相对角速度。
[0019]步骤S2：基于初选结果，构建观星序列的表达式；进一步的，构建观星序列的表达式具体是：设飞行器携带的星敏感器共进行M个时刻的连续观测，然后将M个时刻的连续观测划分为N段，每段观测内的观测对象为，每段观测时长为，其中；则观星序列P的表达式为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）。
[0020]具体的，其中选自步骤S1中初选之后可见的卫星，表示在时间内观测的卫星，式（1）中各变量的可选范围由步骤S1中的可见性分析给出。进一步的，观星序列P中共有N个观测对象。
[0021]步骤S3：选择Fisher信息矩阵（即费歇耳信息矩阵）的行列式为观星序列的优化指标函数；优选的，所述步骤S3中优化指标函数具体如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2），
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（3），
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（4），其中，F表示Fisher信息矩阵，J为指标值，表示求取矩阵的迹，为k时刻的测量方差，M为观星序列中的最后一个观测时刻，为飞行器运动状态从k时刻到M时刻的状态转移矩阵，为k时刻的测量矩阵，为k时刻观测对象到星敏感器的距离，为k时刻观测对象相对于星敏感器的方向矢量，为3
×
3的单位矩阵，为3
×
3的零矩阵。
[0022]步骤S4：采用优化指标函数计算不同观星序列的指标值，选择指标值最大的观星序列为最优观星序列。
[0023]观星序列的表达式确认之后通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：基于卫星可见性进行观测对象的初选；步骤S2：基于初选结果，构建观星序列的表达式；步骤S3：选择Fisher信息矩阵的行列式为观星序列的优化指标函数；步骤S4：采用优化指标函数计算不同观星序列的指标值，选择指标值最大的观星序列为最优观星序列。2.根据权利要求1所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，其特征在于，所述步骤S1具体是：在已编目卫星数据库中，根据星敏感器的位置以及观测约束判断卫星是否可见，选出可见的卫星。3.根据权利要求2所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，其特征在于，所述观测约束包括太阳光干扰、地球遮挡、地球阴影区、星敏感器探测距离以及星敏感器与观测对象的相对角速度。4.根据权利要求1所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法，其特征在于，所述步骤S2中构建观星序列表达式具体是：设飞行器携带的星敏感器共进行M个时刻的连续观测，然后将其划分为N段，每段观测内的观测对象为，每段观测时长为，其中；则观星序列...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，李钊，王奕迪，张士峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：