一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法技术

本发明专利技术公开了一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，利用观测记录并处理月球对恒星掩食现象的时间序列，校正星上时钟偏差。首先利用星上成像测量设备如星敏感器观测月球对特定恒星的掩食与复现现象，记录现象发生时间，形成测量时间序列，再利用卫星精确轨道信息结合月球星历计算理论掩星及复现现象时间序列，将两组时间序列进行比较，迭代修正星上时钟基准，使实际观测时间序列与理论时间序列准确吻合，从而达到星上时钟基准校正的目的。本方法无需给卫星增加额外新设备，只需利用现有常用敏感设备完成观测，成本低，系统可靠性高，占用星上资源少。占用星上资源少。占用星上资源少。

【技术实现步骤摘要】
一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法


[0001]本专利技术涉及一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，属于航天器制导导航与控制领域。

技术介绍

[0002]卫星在轨运行及任务实施，星上时间基准的精确性至关重要。如卫星平台对地三轴稳定运行需要利用星上轨道参数结合星上时钟，实时计算自身位置，进而调整卫星姿态角实现对地跟踪，卫星对日运行需要利用星上时间基准解算实时太阳方位和运行状态，从而使卫星帆板准确对日。若星上时间基准出现问题，轻则导致卫星姿态偏差过大，星上能源和对地测控信道受到影响，重则导致卫星姿态失控，整星面临失效风险。对于卫星载荷对地成像等任务，更是需要精确的星上时间基准，进行卫星相机的精确指向和成像开机动作序列制定，若星上时钟基准出现问题，则可能导致相机视场不能有效覆盖目标区域导致成像任务失败，或导致对地面目标的定位精度出现较大偏差影响测绘效果。
[0003]目前成熟的校准方法主要有两种，分别为地面授时和GNSS授时，即通过地面上注或GNSS卫星授时码接收的方式，对星上时钟进行校准，近年来正被广泛研究的脉冲星授时技术，由于技术不成熟，且需要较大口径的脉冲星射线接收装置，实用性较低，而前两种授时方法，必须通过外部信号的输入对卫星时钟进行校准，若外部信号源无法提供有效信息，例如地面站上行链路出现故障、GNSS卫星系统受到干扰，则卫星将无法对自身时钟进行校准，对于高智能化卫星全自主应用，需要卫星在无外部信息输入的条件下，仍然能够自主实现正常的运行和任务实施，而卫星自主进行星上时钟校正就是实现自主运行的前提条件之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，卫星利用探测月球掩星现象，将测量得到的掩星时间序列与理论掩星时间序列取最小二乘，修正星上时钟基准。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，包括：
[0007]利用卫星上的探测器观测若干个已知恒星，记录各恒星的编号及所述恒星被月球遮挡的掩星时刻，将各理论掩星时刻分解为探测到掩星发生时刻与时钟基准偏差之和，并形成掩星观测时间序列；
[0008]根据卫星精确轨道根数、月球星历、恒星星历，计算已记录的恒星被月球遮挡的理论掩星时刻，将各理论掩星时刻分解为掩星理论发生时刻、估算的基准时间偏差修正量、探测器探测偏差之和，并形成理论掩星时间序列；
[0009]对上述两个时间序列求时间差并取平方和，得到由时钟基准偏差造成的偏差指标；基于偏差指标，利用最小二乘法修正星上时钟基准。
[0010]优选的，根据卫星精确轨道根数、月球星历、恒星星历，计算已记录的恒星被月球遮挡的理论掩星时刻，包括两种方法：
[0011]第一种为：已知编号为i的恒星在t
ri
‑
Δt时刻理论上可见，在t
ri
时刻理论上被月球遮挡不可见，则t
ri
时刻为理论掩星时刻；
[0012]第二种为：已知编号为i的恒星在t
ri
‑
Δt时刻理论上被月球遮挡不可见，在t
ri
时刻理论上复现并可见，则t
ri
时刻为理论掩星时刻，其中t
ri
以相对星上时间基准的星时秒数表达。
[0013]优选的，判断恒星是否理论上可见的方法为：
[0014]使用高精度轨道推演模型计算t
ri
时刻编号为i的卫星位置矢量，使用月球星历计算月球位置矢量，将二者相减得到卫星到月心的方向矢量；
[0015]使用恒星星历计算恒星相对卫星的方向矢量；
[0016]计算上述两个矢量夹角，判断夹角是否小于月球盘面视角；若小于，则理论上恒星被月球遮挡不可见，当前时刻为理论掩星时刻；否则理论上恒星可见。
[0017]优选的，将各理论掩星时刻分解为探测到掩星发生时刻与时钟基准偏差之和，并形成掩星观测时间序列，掩星观测时间序列为A：
[0018]A＝{t
1 t2ꢀ…ꢀ
t
n
}
[0019]t
i
＝T0+t
si
+ΔT
[0020]式中，i为1～n正整数，n为已记录恒星的个数；探测到掩星发生时刻为T0+t
si
，T0为卫星时间基准历元时刻，t
si
是探测到编号为i的恒星的掩星时刻星时，即从历元时刻到掩星探测时刻的时间间隔，ΔT为未知且待修正的时间基准偏差。
[0021]优选的，将各理论掩星时刻分解为掩星理论发生时刻、估算的基准时间偏差修正量、探测器探测偏差之和，并形成理论掩星时间序列，理论掩星时间序列为B：
[0022]B＝{t
r1 t
r2
ꢀ…ꢀ
t
rn
}
[0023]t
ri
＝T0+t
rsi
+ΔT
f
+1/2t
d
[0024]式中，掩星理论发生时刻为T0+t
rsi
，t
rsi
是从历元时刻到掩星理论发生时刻所经历的时间间隔，ΔT
f
为估算的基准时间偏差修正量，t
d
为探测器的探测周期，1/2t
d
为探测器探测偏差。
[0025]优选的，对两个时间序列求时间差并取平方和，得到由时钟基准偏差造成的偏差指标，包括：
[0026]对两个时间序列求时间差：
[0027]Δ＝A
‑
B＝{Δ
1 Δ2ꢀ…ꢀ
Δ
n
}
[0028]＝{t1‑
t
r1 t2‑
t
r2
ꢀ…ꢀ
t
n
‑
t
rn
}
[0029]＝{(ΔT
‑
ΔT
f
)+(t
s1
‑
t
rs1
‑
1/2t
d
)
…
(ΔT
‑
ΔT
f
)+(t
sn
‑
t
rsn
‑
1/2t
d
)}
[0030]对所有的时间差取平方和，得到偏差指标：
[0031][0032]优选的，利用最小二乘法修正星上时钟基准，通过选取不同的时钟基准偏差修正量，使偏差指标达到最小，根据最小时对应的时钟基准偏差修正量对星上时间基准进行调整，完成校正。
[0033]优选的，采用牛顿迭代法，选取不同的时钟基准偏差修正量，使偏差指标达到最
小。
[0034]优选的，判断掩星时刻的方法有两种：
[0035]第一种为：已知编号为i的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，其特征在于，包括：利用卫星上的探测器观测若干个已知恒星，记录各恒星的编号及所述恒星被月球遮挡的掩星时刻，将各理论掩星时刻分解为探测到掩星发生时刻与时钟基准偏差之和，并形成掩星观测时间序列；根据卫星精确轨道根数、月球星历、恒星星历，计算已记录的恒星被月球遮挡的理论掩星时刻，将各理论掩星时刻分解为掩星理论发生时刻、估算的基准时间偏差修正量、探测器探测偏差之和，并形成理论掩星时间序列；对上述两个时间序列求时间差并取平方和，得到由时钟基准偏差造成的偏差指标；基于偏差指标，利用最小二乘法修正星上时钟基准。2.根据权利要求1所述的一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，其特征在于，根据卫星精确轨道根数、月球星历、恒星星历，计算已记录的恒星被月球遮挡的理论掩星时刻，包括两种方法：第一种为：已知编号为i的恒星在t
ri
‑
Δt时刻理论上可见，在t
ri
时刻理论上被月球遮挡不可见，则t
ri
时刻为理论掩星时刻；第二种为：已知编号为i的恒星在t
ri
‑
Δt时刻理论上被月球遮挡不可见，在t
ri
时刻理论上复现并可见，则t
ri
时刻为理论掩星时刻，其中t
ri
以相对星上时间基准的星时秒数表达。3.根据权利要求2所述的一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，其特征在于，判断恒星是否理论上可见的方法为：使用高精度轨道推演模型计算t
ri
时刻编号为i的卫星位置矢量，使用月球星历计算月球位置矢量，将二者相减得到卫星到月心的方向矢量；使用恒星星历计算恒星相对卫星的方向矢量；计算上述两个矢量夹角，判断夹角是否小于月球盘面视角；若小于，则理论上恒星被月球遮挡不可见，当前时刻为理论掩星时刻；否则理论上恒星可见。4.根据权利要求1所述的一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，其特征在于，将各理论掩星时刻分解为探测到掩星发生时刻与时钟基准偏差之和，并形成掩星观测时间序列，掩星观测时间序列为A：A＝{t
1 t2…
t
n
}t
i
＝T0+t
si
+ΔT式中，i为1～n正整数，n为已记录恒星的个数；探测到掩星发生时刻为T0+t
si
，T0为卫星时间基准历元时刻，t
si
是探测到编号为i的恒星的掩星时刻星时，即从历元时刻到掩星探测时刻的时间间隔，ΔT为未知且待修正的时间基准偏差。5.根据权利要求4所述的一种利用月球掩星观测的卫星星上时钟自主校正方法，其特征在于，将各理论掩星时刻分解为掩星理论发生时刻、估算的基准时间偏差修正量、探测器探测偏差之和，并形成理论掩星时间序列，理论掩星时间序列为B：B＝{t
r1 t
r2
…

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玥，付凯林，钱霙婧，侯祥震，蒋梦颖，于灵慧，蔡熙，李明虎，姚硕，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：