阅读说明：本技术 基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法 (Spacecraft orbit determination method based on Beidou inter-satellite unidirectional link ) 是由 薛永宏 姜坤 丁翔 乔凯 张磊 于 2020-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法,包括：S1、北斗卫星通过星间链路天线向航天器发送星间链路信号；S2、航天器仅工作在接收模式,接收北斗卫星发送的信号,并根据接收的信号计算伪距值；S3、累计一定时间的伪距值后,解算航天器轨道参数。本发明的基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法,航天器仅与北斗卫星之间建立单向链路,只接收卫星信号,降低了测定轨实现的技术复杂性和工程实现难度。另一方面,通过单向建链的测定轨精度,高轨卫星可实现百米量级的定轨精度,与双向建链的定轨精度性能相当。(The invention relates to a spacecraft orbit determination method based on a Beidou inter-satellite unidirectional link, which comprises the following steps: s1, the Beidou satellite sends an inter-satellite link signal to the spacecraft through the inter-satellite link antenna; s2, the spacecraft works only in a receiving mode, receives signals sent by the Beidou satellite, and calculates pseudo-range values according to the received signals; and S3, resolving the orbit parameters of the spacecraft after accumulating the pseudo range value for a certain time. According to the spacecraft orbit determination method based on the Beidou inter-satellite unidirectional link, the unidirectional link is only established between the spacecraft and the Beidou satellite, only satellite signals are received, and the technical complexity and the engineering realization difficulty of orbit determination are reduced. On the other hand, the high-orbit satellite can realize orbit determination accuracy of hundred meters by the orbit determination accuracy of the unidirectional link building, and the orbit determination accuracy is equivalent to the orbit determination accuracy of the bidirectional link building.)

基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法

技术领域

本发明属于航天器测控技术领域，尤其涉及一种基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法。

背景技术

测定轨是航天器在轨的一项重要任务。利用北斗星间链路对航天器进行测定轨是航天器测定轨的新方案，主要优势是即可以实现对航天器的测定轨功能；又能建立双向链路，实现备份通信功能。该方法对提高航天器在轨自主运行能力具有重要意义。目前，采用北斗星间链路对航天器进行测定轨均通过与北斗卫星建立双向时分链路进行。与北斗卫星双向建立链路测定轨的过程可分为时频粗同步、双向建立链路两个阶段。在粗同步阶段，航天器通过接收北斗信号，完成自身时频与北斗卫星的粗同步。完成时频粗同步后，进入双向建链阶段，在一个时隙内北斗卫星和航天器相互发送信号，分别计算得到伪距值，累计一定时间的双向伪距值后，进行轨道解算，得到航天器轨道参数，完成测定轨任务。可见，通过双向链路对航天器进行测定轨，需要与北斗卫星建立双向时分链路，且链路建立的过程中，为实现时频对准，要求航天器具备较高的时频精度和稳定度，工程实现代价相对较大。

发明内容

本发明目的在于解决上述技术问题，提供一种实现难度低的基于北斗卫星间单向链路的航天器测定轨方法。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法，包括：

S1、北斗卫星通过星间链路天线向航天器发送星间链路信号；

S2、航天器仅工作在接收模式，接收北斗卫星发送的信号，并根据接收的信号计算伪距值；

S3、累计一定时间的伪距值后，解算航天器轨道参数。

根据本发明的一个方面，在步骤S1中，按照规划的建链时隙，北斗卫星通过星间链路天线向航天器发送信号S^j(t)：

其中，j表示卫星编号、A表示信号幅度、P_I表示I支路扩频码、P_Q表示Q支路扩频码、D_I表示I支路上调制的数据码、f表示载波频率、表示载波初始相位。

根据本发明的一个方面，在步骤S2中，航天器按照规划的建链时隙，接收捕获北斗星间链路信号，得到码相位对应的接收时刻：

其中，CP是星间测距码中接收机采样时刻t_re对应的码相位值。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S2中，航天器捕获信号的时间不确定度为±5ms，需至少接收捕获4颗及以上北斗卫星星间链路信号。

根据本发明的一个方面，在步骤S3中，根据接收的信号计算伪距值，累计1小时数据后，结合前一天累计数据，在轨进行轨道解算：

根据扩频码表推算导航卫星星间链路信号的发射时刻t_tr,i，伪距测量值可由下式计算：

根据三球几何交汇原理，得到联立方程组：

其中，(x_i,y_i,z_i,δt_BD,i),i＝1,2,3,4是4颗北斗卫星的位置和钟差，为已知数据；ρ_i,i＝1,2,3,4是航天器星间链路接收机实施信号处理得到的伪距测量值；(x_u,y_u,z_u,δt_u)是航天器的位置和钟差，累计一段时间的航天器位置和钟差数据后，通过拟合转换为航天器的轨道参数。

根据本发明的一个方面，还包括航天器将星上测定轨解算结果与原始测距值、测距时刻下传至地面系统，地面系统进行单向测定轨解算滤波，对比地面解算结果和星上解算结果，完成航天器测定轨性能验证分析。

本发明的基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法，航天器仅与北斗卫星之间建立单向链路，只接收卫星信号，降低了测定轨实现的技术复杂性和工程实现难度。另一方面，通过单向建链的测定轨精度，高轨卫星可实现百米量级的定轨精度，与双向建链的定轨精度性能相当。

附图说明

图1示意性表示根据发明基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法对高轨卫星测定轨性能分析图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

本发明提供一种基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法，包括S1、北斗卫星通过星间链路天线向航天器发送星间链路信号；S2、航天器仅工作在接收模式，接收北斗卫星发送的信号，并根据接收的信号计算伪距值；S3、累计一定时间的伪距值后，解算航天器轨道参数。

具体来说，在步骤S1中，按照规划的建链时隙，北斗卫星通过星间链路天线向航天器发送信号S^j(t)：

其中，j表示卫星编号、A表示信号幅度、P_I表示I支路扩频码、P_Q表示Q支路扩频码、D_I表示I支路上调制的数据码、f表示载波频率、表示载波初始相位。

在步骤S2中，航天器按照规划的建链时隙，接收捕获北斗星间链路信号，捕获时间不确定度±5ms，接收并捕获4颗以上北斗卫星星间链路信号得到码相位对应的接收时刻：

其中，CP是星间测距码中接收机采样时刻t_re对应的码相位值。

在步骤S3中，根据接收的信号计算伪距值，累计1小时数据后，结合前一天累计数据，在轨进行轨道解算：

根据扩频码表推算导航卫星星间链路信号的发射时刻t_tr,i，伪距测量值可由下式计算：

根据三球几何交汇原理，得到联立方程组：

其中，(x_i,y_i,z_i,δt_BD,i),i＝1,2,3,4是4颗北斗卫星的位置和钟差，为已知数据；ρ_i,i＝1,2,3,4是航天器星间链路接收机实施信号处理得到的伪距测量值；(x_u,y_u,z_u,δt_u)是航天器的位置和钟差。然后，累计一段时间的航天器位置和钟差数据，通过拟合转换为航天器的轨道参数。

最后，航天器将星上测定轨解算结果与原始测距值、测距时刻下传至地面系统，地面系统进行单向测定轨解算滤波，对比地面解算结果和星上解算结果，完成航天器测定轨性能验证分析。

本发明的基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法，航天器仅与北斗卫星之间建立单向链路，只接收卫星信号，降低了测定轨实现的技术复杂性和工程实现难度。另一方面，通过单向建链的测定轨精度，高轨卫星可实现百米量级的定轨精度，与双向建链的定轨精度性能相当。

如1所示，根据本发明的一种实施方式，利用本发明的基于北斗星间单向链路的航天器测定轨方法，对地球静止轨道卫星测定轨性能进行了仿真分析。通过积累1个小时测距数据，累计两天数据，可实现轨道测量和24小时预报误差小于200米的性能。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。