一种基于地面站的多级中继卫星星座行星际导航的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地面站的多级中继卫星星座行星际导航的方法，其步骤包括：1)布设多颗地球轨道卫星组成第一级中继卫星星座；在地球与月球引力系统平动点设定区域和地球与太阳引力系统平动点设定区域布设多颗卫星组成第二级中继卫星星座；在地球与太阳引力系统平动点设定区域和绕地球的晕轨道布设多颗卫星组成第三级中继卫星星座；每一级中继卫星星座至少包括四颗卫星；2)卫星地面站对第一、二、三级中继卫星测定轨；行星际卫星从地球发射后，各级中继卫星对进入其覆盖范围内的星际卫星进行定位导航。本发明专利技术以平动点设定区域的轨道为基础，组建导航定位星座，用较少的卫星实现地球至太阳的行星际探测卫星导航，能大幅度节省时间和投入。度节省时间和投入。度节省时间和投入。

【技术实现步骤摘要】
一种基于地面站的多级中继卫星星座行星际导航的方法


[0001]本公开涉及卫星导航领域，尤其是涉及一种基于地面站的用多级卫星组成中继星座实现行星际卫星导航的方法、系统及设备，用于地球至太阳之间的行星际卫星导航。

技术介绍

[0002]目前GPS、格洛纳斯、伽利略、北斗等全球导航定位系统对地球表面、近地球目标的导航定位已经是较为成熟的技术。对地球轨道外太阳系内太阳、行星、小行星的行星际深空探测是各个航天大国发展的方向，相关的行星际深空探测技术是各国发展的热点。对行星际探测器的导航定位是深空探测的关键技术之一。我国专利文献CN100501331C、CN108494472A、CN111536980B等都做了相关研发，拥有了相关的技术。但是目前尚没有适用于地球至太阳之间的利用多级中继卫星实现行星际卫星导航定位的方法和系统。

技术实现思路

[0003]本公开的主要目的在于提供一种基于地面站的多级中继卫星星座实现行星际卫星导航定位的方法和系统，用于解决上述技术问题的至少之一。
[0004]为了实现上述目的，本公开一方面提出一种基于地面站的多级中继卫星星座行星际导航方法，包括：
[0005]地球轨道卫星组成第一级中继卫星星座，地球与月球引力系统平动点设定区域轨道上的卫星以及地球与太阳引力系统平动点设定区域轨道上的卫星组成第二级中继卫星星座，地球与太阳引力系统平动点设定区域轨道上的卫星以及绕地球的晕(halo)轨道卫星组成第三级中继卫星星座；第一、二、三级中继卫星星座，每一级中继卫星星座至少有四颗卫星组成；卫星地面站对第一级中继卫星测定轨；第一级中继卫星接收第二级中继卫星轨道测量数据，将其发送给卫星地面站，卫星地面站根据第二级中继卫星轨道测量数据对第二级中继卫星测定轨，第二级中继卫星接收第三级中继卫星轨道测量数据，将其发送给卫星地面站，卫星地面站根据第三级中继卫星轨道测量数据对第三级中继卫星测定轨。
[0006]卫星地面站生成第一级中继卫星的导航电文，上行至第一级中继卫星；卫星地面站根据第一级中继卫星对第二级中继卫星的测定轨数据生成第二级中继卫星的导航电文，上行至第二级中继卫星；卫星地面站根据第二级中继卫星对第三级中继卫星的测定轨数据生成第三级中继卫星的导航电文，上行至所述第三级中继卫星。
[0007]由于第一级和第三级张角太小，第一级对第三级或者第三级对第一级的定轨不容易实现，因此需要布设第二级卫星作为中继星座。本专利技术利用第一、二、三级中继卫星组成星座对行星际卫星导航。行星际卫星从地球出发去向太阳，会经过第一、二、三级中继卫星的覆盖范围，第一、二、三级中继卫星形成导航参考轨道，覆盖范围内的各级卫星都可以作为导航卫星对行星际卫星进行导航。
[0008]可选地，第一级中继卫星为地球同步轨道卫星。
[0009]可选地，地球与月球引力系统平动点设定区域轨道上的第二级中继卫星，其中，所
述平动点为地球—月球拉格朗日第四点、第五点、第二点；地球与太阳引力系统平动点设定区域轨道上的第二级中继卫星，其平动点为地球—太阳拉格朗日第一点、第二点。其中，卫星轨道为在各平动点附近的晕(halo)轨道。
[0010]可选地，地球与太阳引力系统平动点设定区域轨道上的第三级中继卫星，其中平动点为地球—太阳拉格朗日第四点、第五点；绕地球的晕(halo)轨道为晕轨道半径小于0.2倍日地距离(0.2AU)，晕轨道面为不平行于黄道面的卫星轨道。
[0011]本公开另一方面提出了一种基于地面站的多级中继卫星星座行星际导航的系统，包括：
[0012]第一、二、三级中继卫星组成的行星际导航星座，每一级中继卫星星座至少有四颗卫星组成；地球轨道卫星组成第一级中继卫星星座，地球与月球引力系统平动点设定区域轨道上的卫星以及地球与太阳引力系统平动点设定区域轨道上的卫星组成第二级中继卫星星座，地球与太阳引力系统平动点设定区域轨道上的卫星以及绕地球的晕(halo)轨道卫星组成第三级中继卫星星座；卫星地面站对第一级中继卫星测定轨；第一级中继卫星接收第二级中继卫星轨道测量数据，将其发送给卫星地面站，卫星地面站根据第二级中继卫星轨道测量数据对第二级中继卫星测定轨，第二级中继卫星接收第三级中继卫星轨道测量数据，将其发送给卫星地面站，卫星地面站根据第三级中继卫星轨道测量数据对第三级中继卫星测定轨。第一、二、三级中继卫星对行星际卫星导航。
[0013]可选地，第一级中继卫星为地球同步轨道卫星。
[0014]可选地，地球与月球引力系统平动点设定区域轨道上的第二级中继卫星，其中平动点为地球—月球拉格朗日第四点、第五点、第二点；地球与太阳引力系统平动点设定区域轨道上的第二级中继卫星，其中平动点为地球—太阳拉格朗日第一点、第二点；卫星轨道为在各平动点附近的晕(halo)轨道。
[0015]可选地，地球与太阳引力系统平动点设定区域轨道上的第三级中继卫星，其中平动点为地球—太阳拉格朗日第四点、第五点；绕地球的晕(halo)轨道为晕轨道半径小于0.2倍日地距离(0.2AU)，晕轨道面不平行于黄道面的卫星轨道。
[0016]本公开的又一方面提出了一种计算机设备，包括存储器及处理器，存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现上述多级中继卫星行星际导航的方法的步骤。
[0017]可选地，经计算设备计算处理的卫星导航信号通过地面站向各级中继卫星和行星际卫星发射，各级中继卫星星历和行星际卫星星历数据经卫星通信部件向地面站发射，地面站接收星历数据经计算设备进行计算处理。
[0018]可选地，经计算设备计算处理的卫星导航信号通过卫星通信部件向各级中继卫星和行星际卫星发射，各级中继卫星星历和行星际卫星星历数据经卫星通信部件向各级中继卫星和行星际卫星发射，卫星接收星历数据经计算设备进行计算处理。
[0019]有益效果：
[0020]本公开提出的一种基于地面站的多级中继卫星星座行星际导航的方法，该方法通过选择太阳系各系统之间的平动点设定区域轨道上，建立多级中继卫星组成导航定位星座。在多级中继卫星星座之间互相确定中继卫星的轨道，进而通过多级中继卫星实现行星际深空探测卫星的导航定位。该方法以平动点设定区域的轨道为基础，组建较为稳定的导
航定位星座，用地面站对导航卫星测定轨，极大减轻星载计算部件的负荷，用较少的卫星实现地球至太阳的行星际探测卫星导航，能大幅度节省时间和投入。
附图说明
[0021]图1A示出了第一级中继卫星星座示意图。
[0022]图1B示出了第二级中继卫星星座示意图。
[0023]图1C示出了第三级中继卫星星座示意图。
[0024]图2示意性示出了本公开实施例中导航方法流程图。
[0025]图3示意性示出了本公开另一实施例的计算机设备的框图。
具体实施方式
[0026]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体细节，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地面站的多级中继卫星星座行星际导航的方法，其步骤包括：1)布设多颗地球轨道卫星组成第一级中继卫星星座；在地球与月球引力系统平动点设定区域和地球与太阳引力系统平动点设定区域布设多颗卫星组成第二级中继卫星星座；在地球与太阳引力系统平动点设定区域和绕地球的晕轨道布设多颗卫星组成第三级中继卫星星座；每一级中继卫星星座至少包括四颗卫星；2)卫星地面站对所述第一级中继卫星测定轨，所述第一级中继卫星接收所述第二级中继卫星轨道测量数据，将其发送给卫星地面站，卫星地面站根据第二级中继卫星轨道测量数据对所述第二级中继卫星测定轨，所述第二级中继卫星接收所述第三级中继卫星轨道测量数据，将其发送给卫星地面站，卫星地面站根据第三级中继卫星轨道测量数据对所述第三级中继卫星测定轨；行星际卫星从地球发射后，到达第一级中继卫星的覆盖范围时，接收第一级中继卫星的导航信号，利用第一级中继卫星对进入其覆盖范围内的所述行星际卫星定位导航；当所述行星际卫星到达第二级中继卫星的覆盖范围时，接收第二级中继卫星的导航信号，利用第二级中继卫星对进入其覆盖范围内的所述星际卫星进行定位导航；当所述行星际卫星到达第三级中继卫星的覆盖范围时，接收第三级中继卫星的导航信号，利用第三级中继卫星对进入其覆盖范围内的所述星际卫星进行定位导航。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，组成所述第一级中继卫星星座的卫星为地球同步轨道卫星。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于布设第二级中继卫星的所述地球与月球引力系统平动点为地球—月球拉格朗日第四点、第五点、第二点；用于布设第二级中继卫星的地球与太阳引力系统平动点为地球—太阳拉格朗日第一点、第二点；布设第二级中继卫星的轨道选自地球—月球拉格朗日第四点、第五点、第二点以及地球—太阳拉格朗日第一点、第二点设定区域的晕轨道。4.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：马利华，尹志强，林荣超，艾国祥，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：