一种重力卫星星间指向的在轨定标方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种重力卫星星间指向的在轨定标方法及系统，具体涉及地球物理测量技术领域。所述方法包括：根据KBR测距数据得到双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值；将观测数据带入星间测距理论模型得到双星的星间测距；计算双星的星间测距的残差；将双星间的星间测距、残差、双星的KBR测距数据和双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程进行求解得到双星的角度变化量；根据双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值和角度变化量完成重力卫星星间指向的在轨定标。本发明专利技术可对卫星实际在轨的双星指向变化进行标定，提高定标结果的准确度。提高定标结果的准确度。提高定标结果的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种重力卫星星间指向的在轨定标方法及系统


[0001]本专利技术涉及地球物理测量
，特别是涉及一种重力卫星星间指向的在轨定标方法及系统。

技术介绍

[0002]重力卫星的星间指向标定是为检核双星之间的对准情况，定义为卫星质心到天线相位中心矢量相对于视线连线方向的夹角，即
[0003][0004]其中，R
SF
→
IRF
为卫星参考坐标系到惯性系的转动矩阵，图1为卫星参考系(SF)，图2为天线相位中心参考坐标系(KF)和视线参考坐标系(LOS)。KF：其坐标原点位于卫星质心，x轴方向定义为从卫星质心指向天线相位中心，z轴方向定义为沿卫星飞行方向垂直向下，y轴方向通过右手定则确定。
[0005]LOS：其坐标原点位于卫星质心，x轴方向为两个卫星质心视线方向的连线，z轴方向指向地心，y轴方向根据右手定则确定。
[0006]视线参考坐标系定义为：
[0007][0008][0009][0010]其中，上面式子中j＝1,2，表示卫星j，分别是卫星1和卫星2质心位置矢量，表示卫星j(1或2)在LOS坐标系下的X分量，表示卫星j(1或2)在LOS坐标系下的Y分量，表示卫星j(1或2)在LOS坐标系下的Z分量。
[0011]天线相位中心参考坐标系定义为：
[0012][0013][0014][0015]表示卫星j(1或者2)在KF坐标系下的X分量，表示卫星j(1或者2在KF坐标系下的Y分量，表示卫星j(1或者2)在KF坐标系下的Z分量，R
>SF
→
IRF
表示卫星参考系到惯
性系下的转换矩阵，为卫星质心到天线相位中心矢量。卫星参考系坐标轴与天线相位中心参考系一致。
[0016][0017]星间指向要求角向偏差较小，其原因有两个：一是指向抖动影响星间测距观测量；二是由于微波信号在卫星表面进行多次反射形成的多径效应。
[0018]现有的星间指向定标方法大多采用卫星稳定运行时的事后精密轨道及精密姿态数据对卫星的双星指向进行评价，此方法无法反映真实的星间指向情况，造成定标结果不准确。

技术实现思路

[0019]本专利技术的目的是提供一种重力卫星星间指向的在轨定标方法及系统，可对卫星实际在轨的双星指向变化进行标定，提高在轨定标结果的准确度。
[0020]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0021]一种重力卫星星间指向的在轨定标方法，包括：
[0022]获取多个时刻下的观测数据；所述观测数据包括卫星的角度、精密定轨数据和双星的KBR测距数据；所述卫星的角度根据机动方案确定；所述角度为横滚角或者俯仰角；
[0023]对于任意一个时刻，根据所述时刻下的KBR测距数据得到所述时刻下的双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值；
[0024]根据所述时刻下的观测数据构建星间测距理论模型；
[0025]根据所述星间测距理论模型计算所述时刻下的双星的星间测距的残差；
[0026]将所有时刻下的所述双星间的星间测距、所述残差、所述双星的KBR测距数据和所述双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程，采用带权最小二乘估计进行求解得到双星的角度变化量；所述角度变化量为横滚角变化量或者俯仰角变化量。
[0027]一种重力卫星星间指向的在轨定标系统，包括：
[0028]获取模块，用于获取多个时刻下的观测数据；所述观测数据包括卫星的角度、精密定轨数据和双星的KBR测距数据；所述卫星的角度根据机动方案确定；所述角度为横滚角或者俯仰角；
[0029]双星模值计算模块，用于对于任意一个时刻，根据所述时刻下的KBR测距数据得到所述时刻下的双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值；
[0030]星间测距计算模块，用于根据所述时刻下的观测数据构建星间测距理论模型；
[0031]残差计算模块，用于根据所述星间测距理论模型计算所述时刻下的双星的星间测距的残差；
[0032]变化量计算模块，用于将所有时刻下的所述双星间的星间测距、所述残差、所述双星的KBR测距数据和所述双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程，采用带权最小二乘估计进行求解得到双星的角度变化量；所述角度变化量为横滚角变化量或者俯仰角变化量。
[0033]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术根据KBR测距数据得到双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值；根据所述时刻下的观测数据构
建星间测距理论模型；计算双星的星间测距的残差；将双星间的星间测距、残差、双星的KBR测距数据和双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程进行求解得到双星的角度变化量；根据双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值和角度变化量完成重力卫星星间指向的在轨定标，可对卫星实际在轨的双星指向变化进行标定，提高定标结果的准确度。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为SF示意图；
[0036]图2为KF和LOS的示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例提供的一种重力卫星星间指向的在轨定标方法的流程图。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0040]本专利技术所采用的技术方案是通过卫星指向机动周期搜索方法实现卫星双星指向定标，原则上，理想的星间指向使得两颗卫星质心和两个天线相位中心在两颗卫星质心连线上，记从KF转到LOS的转换矩阵为R
KF
→
LOS
，其可定义为：R
KF
→
LOS
＝R
x
(ψ)R
y
(θ)R
z
(φ)，其中，绕x，y和z轴的旋转矩阵，分别用Rx(ψ)，R
y
(θ)，Rz(φ)表示。R
KF
→
LOS
和R
SF
→
LOS
一样。根据和得到星间指向计算为：γ＝arccos(cosθcosφ)。
[0041]设理想情况下，卫星坐标系到LOS坐标系预期的转换矩阵为R
SF,d
→
LOS
，真实情况下，卫星坐标系到L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重力卫星星间指向的在轨定标方法，其特征在于，包括：获取多个时刻下的观测数据；所述观测数据包括卫星的角度、精密定轨数据和双星的KBR测距数据；所述卫星的角度根据机动方案确定；所述角度为横滚角或者俯仰角；对于任意一个时刻，根据所述时刻下的KBR测距数据得到所述时刻下的双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值；根据所述时刻下的观测数据构建星间测距理论模型；根据所述星间测距理论模型计算所述时刻下的双星的星间测距的残差；将所有时刻下的所述双星间的星间测距、所述残差、所述双星的KBR测距数据和所述双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程，采用带权最小二乘估计进行求解得到双星的角度变化量；所述角度变化量为横滚角变化量或者俯仰角变化量。2.根据权利要求1所述的一种重力卫星星间指向的在轨定标方法，其特征在于，所述获取多个时刻下的观测数据，具体包括：当所述机动方案为使双星中的第一个卫星在偏航方向上运行时，则获取多个时刻下的所述精密定轨数据、所述双星的KBR测距数据和所述第一个卫星的横滚角；当所述机动方案为使双星中的第一个卫星在俯仰方向上运行时，则获取多个时刻下的所述精密定轨数据、所述双星的KBR测距数据和所述第一个卫星的俯仰角；当所述机动方案为使双星中的第二个卫星在偏航方向上运行时，则获取多个时刻下的所述精密定轨数据、所述双星的KBR测距数据和所述第二个卫星的横滚角；当所述机动方案为使双星中的第二个卫星在俯仰方向上运行时，则获取多个时刻下的所述精密定轨数据、所述双星的KBR测距数据和所述第二个卫星的俯仰角。3.根据权利要求1所述的一种重力卫星星间指向的在轨定标方法，其特征在于，所述根据所述时刻下的KBR测距数据得到所述时刻下的双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值，具体包括：计算所述双星中第一个卫星的质心到天线相位中心矢量的模值的参考值与所述第一个卫星的质心到天线相位中心矢量的模值的变化量之和得到第一个卫星的质心到天线相位中心矢量的模值；计算所述双星中第二个卫星的质心到天线相位中心矢量的模值的参考值与所述第二个卫星的质心到天线相位中心矢量的模值的变化量之和得到第二个卫星的质心到天线相位中心矢量的模值。4.根据权利要求2所述的一种重力卫星星间指向的在轨定标方法，其特征在于，所述星间测距理论模型具体为：当所述机动方案为使双星中的第一个卫星在偏航方向上运行时，则所述星间测距理论模型为其中，L
12
为双星间的星间测距，r
12
为精密定轨数据，d
pc20
为所述第二个卫星的质心到天线相位中心矢量的模值的参考值，d
pc10
为所述第一个卫星的质心到天线相位中心矢量的模值的参考值，φ1为所述第一个卫星的横滚角；当所述机动方案为使双星中的第一个卫星在俯仰方向上运行时，则所述星间测距理论
模型为其中，θ1为第一个卫星的俯仰角；当所述机动方案为使双星中的第二个卫星在偏航方向上运行时，则所述星间测距理论模型为其中，φ2为第二个卫星的横滚角；当所述机动方案为使双星中的第二个卫星在俯仰方向上运行时，则所述星间测距理论模型为其中θ2为第二个卫星的俯仰角。5.根据权利要求2所述的一种重力卫星星间指向的在轨定标方法，其特征在于，所述将所有时刻下的所述双星间的星间测距、所述残差、所述双星的KBR测距数据和所述双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程，采用带权最小二乘估计进行求解得到双星的角度变化量，具体包括：当所述机动方案为使双星中的第一个卫星在偏航方向上运行时，则将所有时刻下的所述双星间的星间测距、所述残差、所述双星的KBR测距数据和所述双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程，采用带权最小二乘估计进行求解得到双星的横滚角变化量；当所述机动方案为使双星中的第一个卫星在俯仰方向上运行时，则将所有时刻下的所述双星间的星间测距、所述残差、所述双星的KBR测距数据和所述双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程，采用带权最小二乘估计进行求解得到双星的俯仰角变化量；当所述机动方案为使双星中的第二个卫星在偏航方向上运行时，则将所有时刻下的所述双星间的星间测距、所述残差、所述双星的KBR测距数据和所述双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程，采用带权最小二乘估计进行求解得到双星的横滚角变化量；当所述机动方案为使双星中的第二个卫星在俯仰方向上运行时，则将所有时刻下的所述双星间的星间测距、所述残差、所述双星的KBR测距数据和所述双星中各卫星的质心到天线相位中心矢量的模值代入观测方程，采用带权最小二乘估计进行求解得到双星的俯仰角变化量。6.一种重力卫星星间指向的在轨定标系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖云，孙广，翟伟，潘宗鹏，刘晓刚，
申请(专利权)人：西安航天天绘数据技术有限公司，
类型：发明
国别省市：