本发明专利技术公开了一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法，包括：接收低轨卫星回传的在一段期间内的位置和速度所组成的位置速度时间序列；根据位置速度时间序列计算低轨卫星在初始时刻的6个开普勒根数，并利用低轨卫星的加速度运动方程进行最小二乘拟合，得到两个自定义系数以及N段时长内的伪随机脉冲参数；在既定约束下，使用Collocation多步法对低轨卫星的加速度进行积分，并利用积分数据得到低轨卫星在积分区间内任意时刻的、经动力学平滑的轨道；既定约束包括：初始时刻的6个开普勒根数、两个自定义系数的定义式、N段时长以及低轨卫星定轨场景下的摄动力模型的动力学信息。本发明专利技术可实现低成本的低轨卫星精密定轨。本发明专利技术可实现低成本的低轨卫星精密定轨。本发明专利技术可实现低成本的低轨卫星精密定轨。
【技术实现步骤摘要】
一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法及装置
[0001]本专利技术属于通信导航遥感领域，具体涉及一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法及装置。
技术介绍
[0002]低地球轨道(LEO)卫星简称低轨卫星，因其成本低、高度低等优势被广泛应用于各行各业。例如支持地球物理研究的GRACE卫星、Sentinel卫星等，支持全球语音和数据通信的铱星星座，以及支持在多个国家接入互联网的星链等。同时，低轨卫星也在全球导航卫星系统(GNSS)精密增强定轨以及定位、导航和授时(PNT)等服务方面展示了巨大潜力。
[0003]低轨卫星定轨和轨道预报的准确性不仅关系到向地面用户提供的服务质量，其对星座结构的维护与控制也至关重要。低轨卫星精密定轨包括星上实时精密定轨和地基精密定轨两种。其中，低轨卫星星上实时精密定轨需要强大的星载软硬件、数据传输网络以支持GNSS精密产品的获取与实时解算，这削弱了低轨卫星成本较低的优势。地基精密定轨虽然可以通过更多渠道获取GNSS精密产品，但需要连续、实时获取大量星载GNSS观测数据及姿态数据。低轨卫星飞行高度低，其对地面的覆盖有限，而地面端天线也有其视场范围的限制，因此若要实现精密定轨，需要使地面接收端能够在卫星过境的有限窗口期获取大量、连续的全星座数据，这就对“低轨卫星
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地面端”通信链路的带宽、低轨卫星星座星间链路的设计提出了更高要求，意味着需要更多额外的星上载荷以及地面端基础设施来支撑系统运行，成本将大幅增加，或者至少也要在星座软硬件及基础设施建设成本与低轨卫星定轨精度之间进行权衡。因此，如何实现低成本的低轨卫星精密定轨，是一项亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0004]为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法及装置。
[0005]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法，应用于地面端，所述方法包括：接收低轨卫星回传的星上单点定位笛卡尔坐标数据；所述星上单点定位笛卡尔坐标数据包括：低轨卫星在一段期间内的位置和速度所组成的位置速度时间序列；根据所述位置速度时间序列计算低轨卫星在初始时刻的6个开普勒根数；根据所述位置速度时间序列，利用低轨卫星的加速度运动方程进行最小二乘拟合，得到两个自定义系数以及N段时长内的伪随机脉冲参数；所述两个自定义系数包括第一系数和第二系数；所述第一系数用于表征低轨卫星受太阳光压影响所引起的切向加速度，所述第二系数用于表征低轨卫星受太阳光压影响所引起的法向加速度；所述N段时长包含在所述一段期间内，N＞1；
在既定约束下，使用Collocation多步法对低轨卫星的加速度进行积分，并利用积分数据得到低轨卫星在积分区间内任意时刻的、经动力学平滑的轨道；所述积分区间等于所述N段时长；所述既定约束包括：所述初始时刻的6个开普勒根数、所述两个自定义系数的定义式、所述N段时长，以及低轨卫星定轨场景下的摄动力模型的动力学信息。
[0006]在一个实施例中，所述N段时长满足：；其中，为低轨卫星至地心的距离，为引力常数，为地球质量，表示所述N段时长中的第段时长的截止点，表示所述N段时长中的第段时长的截止点，。
[0007]在一个实施例中，所述两个自定义系数的定义式为：；；其中，表示所述第一系数，表示所述第二系数，为低轨卫星的纬度，为太阳光压在切向上的常数项，和分别为太阳光压在切向上两个周期项，和分别为太阳光压在法向上两个周期项。
[0008]在一个实施例中，所述两个自定义系数的定义式为：；；
[0009]其中，表示所述第一系数，表示所述第二系数，为低轨卫星的纬度，和分别为太阳光压在切向上两个周期项，和分别为太阳光压在法向上两个周期项。
[0010]在一个实施例中，所述动力学信息包括：重力场模型、N体摄动、固体潮、海潮、地球自转参数以及岁差
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章动模型。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的装置，应用于地面端，所述装置包括：接收模块，用于接收低轨卫星回传的星上单点定位笛卡尔坐标数据；所述星上单点定位笛卡尔坐标数据包括：低轨卫星在一段期间内的位置和速度所组成的位置速度时间序列；计算模块，用于根据所述位置速度时间序列计算低轨卫星在初始时刻的6个开普勒根数；拟合模块，用于根据所述位置速度时间序列，利用低轨卫星的加速度运动方程进行最小二乘拟合，得到两个自定义系数以及N段时长内的伪随机脉冲参数；所述两个自定义
系数包括第一系数和第二系数；所述第一系数用于表征低轨卫星受太阳光压影响所引起的切向加速度，所述第二系数用于表征低轨卫星受太阳光压影响所引起的法向加速度；所述N段时长包含在所述一段期间内，N＞1；积分模块，用于在既定约束下，使用Collocation多步法对低轨卫星的加速度进行积分，并利用积分数据得到低轨卫星在积分区间内任意时刻的、经动力学平滑的轨道；所述积分区间等于所述N段时长；所述既定约束包括：所述初始时刻的6个开普勒根数、所述两个自定义系数的定义式、所述N段时长，以及低轨卫星定轨场景下的摄动力模型的动力学信息。
[0012]在一个实施例中，所述N段时长满足：；其中，为低轨卫星至地心的距离，为引力常数，为地球质量，表示所述N段时长中的第段时长的截止点，表示所述N段时长中的第段时长的截止点，。
[0013]在一个实施例中，所述两个自定义系数的定义式为：；；其中，表示所述第一系数，表示所述第二系数，为低轨卫星的纬度，为太阳光压在切向上的常数项，和分别为太阳光压在切向上两个周期项，和分别为太阳光压在法向上两个周期项。
[0014]在一个实施例中，所述两个自定义系数的定义式为：；；
[0015]其中，表示所述第一系数，表示所述第二系数，为低轨卫星的纬度，和分别为太阳光压在切向上两个周期项，和分别为太阳光压在法向上两个周期项。
[0016]在一个实施例中，所述动力学信息，包括：重力场模型、N体摄动、固体潮、海潮、地球自转参数以及岁差
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章动模型。
[0017]本专利技术提供的改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法中，地面端接收低轨卫星回传的星上单点定位笛卡尔坐标，在地面端进行动力学平滑，无需额外的星上载荷设施，因此基于低成本星载设备也可以实现。并且，本专利技术可以平滑轨道，改善单点定位精度，还可弥补短期数据缺失造成的间隙，进行轨道预报，大大提升了系统的可用及稳定性。另外，由于本专利技术中从卫星到地的回传数据量小，因此对“低轨卫星
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地面端”通信链路的带宽、低轨卫星星座星间链路的设计无特殊要求，减轻了星间、星地的数据传输压力。
[0018]以下将结合附图及对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例提供的一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法的流程图；图2展示了在本专利技术实施例的实验1中，不计算两个自定义参数、不添加伪随机脉冲时所得到的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法，其特征在于，应用于地面端，所述方法包括：接收低轨卫星回传的星上单点定位笛卡尔坐标数据；所述星上单点定位笛卡尔坐标数据包括：低轨卫星在一段期间内的位置和速度所组成的位置速度时间序列；根据所述位置速度时间序列计算低轨卫星在初始时刻的6个开普勒根数；根据所述位置速度时间序列，利用低轨卫星的加速度运动方程进行最小二乘拟合，得到两个自定义系数以及N段时长内的伪随机脉冲参数；所述两个自定义系数包括第一系数和第二系数；所述第一系数用于表征低轨卫星受太阳光压影响所引起的切向加速度，所述第二系数用于表征低轨卫星受太阳光压影响所引起的法向加速度；所述N段时长包含在所述一段期间内，N＞1；在既定约束下，使用Collocation多步法对低轨卫星的加速度进行积分，并利用积分数据得到低轨卫星在积分区间内任意时刻的、经动力学平滑的轨道；所述积分区间等于所述N段时长；所述既定约束包括：所述初始时刻的6个开普勒根数、所述两个自定义系数的定义式、所述N段时长，以及低轨卫星定轨场景下的摄动力模型的动力学信息。2.根据权利要求1所述的改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法，其特征在于，所述N段时长满足：；其中，为低轨卫星至地心的距离，为引力常数，为地球质量，表示所述N段时长中的第段时长的截止点，表示所述N段时长中的第段时长的截止点，。3.根据权利要求1所述的改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法，其特征在于，所述两个自定义系数的定义式为：；；其中，表示所述第一系数，表示所述第二系数，为低轨卫星的纬度，为太阳光压在切向上的常数项，和分别为太阳光压在切向上两个周期项，和分别为太阳光压在法向上两个周期项。4.根据权利要求1所述的改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法，其特征在于，所述两个自定义系数的定义式为：；；其中，表示所述第一系数，表示所述第二系数，为低轨卫星的纬度，
和分别为太阳光压在切向上两个周期项，和分别为太阳光压在法向上两个周期项。5.根据权利要求1所述的改善低轨卫星在轨单点定位轨道精度的方法，其特征在于，所述动力学信息包括：重力场模型、N体摄动、固体潮、海潮、地球自转参数以及岁差
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章动模型。6.一种改善低轨卫星在轨单点定位轨道...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏行，王侃，孙保琪，杨旭海，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：
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