CN107478234B

CN107478234B - 一种卫星自主定位方法及卫星自主导航方法

Info

Publication number: CN107478234B
Application number: CN201710791070.7A
Authority: CN
Inventors: 孙俊; 彭杨; 王兆龙; 谭龙玉; 徐波
Original assignee: Shanghai Aerospace Control Technology Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace Control Technology Institute
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2019-08-30
Anticipated expiration: 2037-09-05
Also published as: CN107478234A

Abstract

本发明提出了一种卫星自主定位方法，其包含以下步骤：S1、通过卫星所携带光学载荷探测器获取地面标志点方向矢量观测信息；S2、建立地面标志点方向矢量观测信息与卫星位置之间的等式关系；S3、通过卫星所携带星敏感器获取恒星星光方向矢量观测信息；S4、建立恒星星光方向矢量观测信息与卫星位置之间的等式关系；S5、对步骤S2与S4中的等式关系进行求解，获得卫星位置信息。其优点是：利用光学载荷以及星敏感器分别获取恒星、地面标志点相对于卫星的方向矢量信息，并作为量测量，据此建立地面标志点矢量解算方程和恒星矢量解算方程，结合恒星星点坐标以及标志点坐标，获得待求卫星定位数据，对空间遥感卫星的自主导航提供了技术支撑。

Description

一种卫星自主定位方法及卫星自主导航方法

技术领域

本发明涉及基于卫星自主定位方法及卫星自主导航方法。

背景技术

随着遥感卫星技术的日益发展，遥感卫星的数量逐渐增多，遥感卫星的对地分辨率以及遥感卫星的性能快速提升，以及地面控制点数量和精度的提升，利用遥感图像信息结合卫星标配星敏感器信息实现对遥感卫星自身定位，具备全自主、抗干扰、集成化的种种优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星自主定位方法及卫星自主导航方法，基于单个标志点及恒星星光矢量信息，利用光学载荷以及星敏感器分别获取恒星、地面标志点相对于卫星的方向矢量信息，并作为量测量，据此建立地面标志点矢量解算方程和恒星矢量解算方程，结合恒星星点坐标以及标志点坐标，获得待求卫星定位数据，对空间遥感卫星的自主导航提供了技术支撑。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种卫星自主定位方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、通过卫星所携带光学载荷探测器获取地面标志点方向矢量观测信息；

S2、建立地面标志点方向矢量观测信息与卫星位置之间的等式关系；

S3、通过卫星所携带星敏感器获取恒星星光方向矢量观测信息；

S4、建立恒星星光方向矢量观测信息与卫星位置之间的等式关系；

S5、对步骤S2与S4中的等式关系进行求解，获得卫星位置信息。

上述的卫星自主定位方法，其中，所述的步骤S1具体包含：

S11、建立载荷探测器坐标系D_C以及卫星本体坐标系D_b；

S12、地面标志点对应在载荷像平面上的坐标为(x₁,y₁)，载荷焦距为f₁，在载荷探测器坐标系D_C中，地面标志点的方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

上述的卫星自主定位方法，其中，所述的步骤S2具体包含：

S21、令地面标志点在地心固联坐标系中的位置信息为(X_标志,Y_标志,Z_标志)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)，将地面标志点位置信息以及卫星位置信息统一至地心惯性坐标系下；

S22、地面标志点的方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

其中，R_{惯性-地心固联}为地心固联坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵。

上述的卫星自主定位方法，其中，所述的步骤S3具体包含：

S31、建立星敏感器坐标系D_S；

S32、恒星星点对应在星敏感器像平面上的坐标为(x₂,y₂)，星敏感器焦距为f₂，在星敏感器坐标系D_S中，恒星星光的方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

上述的卫星自主定位方法，其中，所述的步骤S4具体包含：

S41、令恒星在地心惯性坐标系中的位置方向信息为(X_恒星方向,Y_恒星方向,Z_恒星方向)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)；

S42、恒星星光的方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

上述的卫星自主定位方法，其中，所述的步骤S5具体包含：

S51、联立等式(1)与(2)，得到：

在等式(5)中，f₁、(X_标志,Y_标志,Z_标志)、(x₁,y₁)以及R_{惯性-地心固联}均为已知量，未知量为(x，y，z)；

S52、联立等式(3)与(4)，得到：

在等式(6)中，f₂、(X_恒星方向,Y_恒星方向,Z_恒星方向)以及(x₂,y₂)均为已知量，未知量为(x，y，z)；

S53、联合等式(5)与等式(6)，求解共同未知量卫星的位置信息(x，y，z)。

一种卫星自主导航方法，其特征是，包含以下步骤：

S5、对步骤S2与S4中的等式关系进行求解，获得卫星位置信息，并实现空间遥感卫星的自主导航。

本发明与现有技术相比具有以下优点：基于单个标志点及恒星星光矢量信息，利用光学载荷以及星敏感器分别获取恒星、地面标志点相对于卫星的方向矢量信息，并作为量测量，据此建立地面标志点矢量解算方程和恒星矢量解算方程，结合恒星星点坐标以及标志点坐标，获得待求卫星定位数据，对空间遥感卫星的自主导航提供了技术支撑。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的实施例中载荷探测器坐标系下地面标志点方向矢量信息观测图；

图3为本发明的实施例中卫星本体坐标系下地面标志点方向矢量信息观测图；

图4为本发明的实施例中星敏感器坐标系下星光方向矢量信息观测图；

图5为本发明的实施例中卫星本体坐标系下星光方向矢量信息观测图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1～5所示，本发明提出了一种基于单个标志点及恒星星光矢量信息的卫星自主定位方法，其包含以下步骤：

本实施例中，所述的步骤S1具体包含：

S11、建立载荷探测器坐标系D_C以及卫星本体坐标系D_b；

上述的卫星自主定位方法，其中，所述的步骤S2具体包含：

S22、地面标志点的方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

本实施例中，所述的步骤S3具体包含：

S31、建立星敏感器坐标系D_S；

本实施例中，所述的步骤S4具体包含：

S42、恒星星光的方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

本实施例中，所述的步骤S5具体包含：

S51、联立等式(1)与(2)，得到：

S52、联立等式(3)与(4)，得到：

本发明还提出了一种卫星自主导航方法，其包含以下步骤：

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种卫星自主定位方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、通过卫星所携带光学载荷探测器获取地面标志点的方位角、高低角；

步骤S1具体包含：

S11、建立载荷探测器坐标系D_C以及卫星本体坐标系D_b；

S2、建立地面标志点的方位角、高低角与卫星在地心惯性坐标系中位置之间的等式关系；

步骤S2具体包含：

S22、地面标志点的方位角β₁以及地面标志点的高低角α₁计算如下：

其中，R_{惯性-地心固联}为地心固联坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵；

S3、通过卫星所携带星敏感器获取恒星星光的方位角、高低角；

所述步骤S3具体包含：

S31、建立星敏感器坐标系D_S；

S4、建立恒星星光的方位角、高低角与卫星在地心惯性坐标系中位置之间的等式关系；

步骤S4具体包含：

S41、令恒星在地心惯性坐标系中的位置方向信息为(X_恒星方向，Y_恒星方向，Z_恒星方向)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)；

S42、恒星星光的方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

S5、联立等式(1)与(2)，联立等式(3)与(4)；对联立后的等式进行求解，获得卫星在地心惯性坐标系中的位置信息(x，y，z)。

2.如权利要求1所述的卫星自主定位方法，其特征在于，所述的步骤S5具体包含：

S51、联立等式(1)与(2)，得到：

S52、联立等式(3)与(4)，得到：

3.一种卫星自主导航方法，对卫星自主定位采用如权利要求1至权利要求2任一所述的方法实现的，其特征在于，包含以下步骤：

H1、对卫星自主定位，获得卫星在地心惯性坐标系中的位置信息；

H2、根据H1获得所述位置信息，实现空间遥感卫星的自主导航。