自主定轨

摘要： 为解决单台星载计算机无法实现整网卫星集中式自主定轨计算并且分布式算法精度无法实现全网优化的问题,提出一种利用1553B总线连接的多台星载计算机并行处理实现自主定轨的方案,整网24颗MEO卫星的集中式自主定轨运算由连接同一总线的多个不同计算节点并行完成。仿真结果表明,并行优化后每台计算机内存占用可降低约50%,每19.738 s可以实现一次整网MEO卫星集中式定轨过程,30天定轨精度优于0.15 m,具有良好的工程可实现性。

摘要： 针对星间链路自主定轨算法稳定性差,故障无法自主恢复等缺点,提出了一种天文导航信息导引算法,以提升星间链路自主定轨算法的稳定运行能力.算法利用天文导航极高的稳定性与完全自主性,确定星间链路建链指向,以保证星间稳定建链.并且,算法在天文导航中加入强跟踪滤波环节,使在轨道信息出现偏差以致星间链路中断时,具备快速的自主轨道确定及建链恢复能力.经仿真测试表明,卫星平稳运行时,利用本文算法,星间链路仰角及方位角指向误差均小于0.1°.而在轨道机动产生链路中断后,算法可使卫星快速恢复链路建链.仿真测试验证了天文导航信息导引算法的有效性.

摘要： 目前基于事先选取地面标志点的卫星自主导航可能会造成误匹配和漏匹配,并且不包含地标点的遥感图像也有可能存在导航信息。为了解决这两个问题,本文提出了一种不依赖事先标定地面标志点的自主导航方法,通过YOLOv3深度学习对获得的遥感图像进行目标识别缩小图像匹配区域,将识别后的目标区域进行图像匹配获得匹配特征点及其像平面坐标,最后利用成像模型计算特征点的地理坐标用于自主导航。仿真结果表明:本文方法相比于有控点精度更高,平均误差为31.9438 m,平均速度误差为0.0384 m/s。在引入测角信息与本文所提出的无地面标志点构成多源信息情况下,可以较为快速准确地实现航天器自主定轨。

摘要： 目前基于事先选取地面标志点的卫星自主导航可能会造成误匹配和漏匹配,并且不包含地标点的遥感图像也有可能存在导航信息.为了解决这两个问题,本文提出了一种不依赖事先标定地面标志点的自主导航方法,通过YOLOv3深度学习对获得的遥感图像进行目标识别缩小图像匹配区域,将识别后的目标区域进行图像匹配获得匹配特征点及其像平面坐标,最后利用成像模型计算特征点的地理坐标用于自主导航.仿真结果表明:本文方法相比于有控点精度更高,平均误差为31.943 8 m,平均速度误差为0.038 4 m/s.在引入测角信息与本文所提出的无地面标志点构成多源信息情况下,可以较为快速准确地实现航天器自主定轨.

摘要： 从低轨卫星的自主实时定轨的应用需求出发,详细描述了低轨卫星自主实时定轨的概念,并利用模块化思想将自主实时定轨分解成可实现的多个独立模块.在GNSS星载接收机平台上详细设计了硬件流程和硬件时序,确保了满足自主定轨的实时性要求.最后,在天象一号的GNSS星载接收机上完成了硬件实现和在轨测试,并利用实际飞行数据进行了各项指标评估.评估结果表明利用GNSS星载接收机可以满足实时定轨优于1 m的精度要求,可解决基于低轨通信星座的高精度时空基准建立和维持问题.

摘要： 星间链路ISL(Inter-Satellite Link)测距测速是导航星座自主定轨的主要数据来源.当星座仅涉及传统二体问题意义下的卫星时,ISL定轨是秩亏的.若引进地月系平动点轨道飞行器,则有望解决扩展星座的自主定轨.本文探讨了联合嫦娥四号的"鹊桥"中继卫星与北斗导航星座的自主联合定轨方法.分别构建了"鹊桥"与北斗混合星座中3类轨道卫星的星间测距单链路,数值分析表明,引入"鹊桥"卫星的定轨法矩阵的条件数约减小3个数量级,大大削弱了法矩阵的病态性.EKF自主定轨的滤波收敛后,除GEO的Z分量外,3类北斗卫星的自主定轨结果均可将初轨误差减小50％,但"鹊桥"中继星的轨道改进程度不如北斗卫星.若以"鹊桥"作为空间基准仅解算北斗导航卫星轨道,GEO定轨精度可达m级.仿真结果可为北斗导航星座星间链路的拓展应用提供一种新思路.

摘要： 简要给出基于星间双向测距的BDS-3导航卫星自主定轨模型,然后基于BDS-3基本系统的18颗MEO的星间链路测距数据开展自主定轨处理及性能分析.结果表明,BDS-3星间链路测距功能运行稳定、连续性较好,单星可用链路数目约为8.5条,星间建链几何构型PDOP值约为1.34;连续30 d的集中式自主定轨处理正常稳定,与事后精密产品比较得出,所有卫星的轨道URE的平均RMS为0.47 m,相对时间同步误差的平均RMS为0.31 ns.

摘要： 卫星自主定轨是航天发展趋势之一.近年来,高分辨率遥感卫星不断发展,为利用光学遥感图像进行自主定轨提供了可能.在此背景下,提出了一种基于地面特征点图像的自主定轨方法.通过构造局部可观测矩阵分析了该定轨系统的可观测性,并用局部可观测矩阵的条件数表征可观测度,估计系统的定轨性能.通过Monte-Carlo仿真实验评估了系统的定轨表现,结果表明:该定轨方法与多点定位方法相比可以得到更高的定轨精度.

摘要： This paper focuses on the principle and key technologies of the autonomous orbit determination algorithm in the Earth-centered Earth-fixed (ECEF) reference frame,aiming at avoiding the coordinate transformations in the Earth-centered inertial (ECI) reference frame.The framework of the autonomous ephemeris generation in ECEF reference frame is given,and the fundamental equation of the autonomous orbit determination algorithm in the ECEF reference frame is derived.Then,an analytical calculation method of the state transition matrix,which takes the position and velocity of the satellite in the ECEF reference frame as the state vector,is put forward and its computation load is analyzed.It is proved that the proposed autonomous orbit determination algorithm in the ECEF reference frame can decrease the complexity of the orbit determination algorithm,and it doesn't need the Earth orientation parameters (EOP) for coordinate transformation.The test results based on the simulation data and onboard measurement data show that the proposed algorithm in the ECEF reference frame can achieve the same performance as the traditional algorithm.This proves the feasibility of the proposed algorithm and verifies the effectiveness of the onboard autonomous orbit determination prototype software.%为避免传统惯性系自主定轨算法中的多次坐标转换,针对地固系分布式自主定轨算法原理及其中的关键技术开展研究.给出在地固系中进行自主星历生成的总体框图,推导了地固系自主定轨算法的基本方程,提出一种新的以地固系位置速度为状态量的状态转移矩阵解析计算方法并分析其计算量,证明了地固系自主定轨算法可以进一步降低定轨算法复杂度,且无需上注地球定向参数进行坐标转换.使用仿真数据和真实在轨测量数据的测试结果表明,提出的地固系分布式自主定轨算法与传统算法定轨精度相当,说明了所提算法的可行性,验证了星载自主定轨原型软件的有效性.

摘要： 针对传统静态自由网平差进行自主定轨存在的秩亏问题,提出一种卫星动力学短弧段定轨和自由网伪逆平差理论相结合的自主定轨算法.该算法以导航星座星间链路(ISL)双向测距为基础,利用伪逆平差法,解决整网位置解算起算数据不足带来的秩亏问题;同时,利用轨道动力学建立不同历元之间状态转移关系,解决单历元平差无法对速度分量进行有效估计的问题.仿真结果表明,自主运行90天,平均用户测距精度(URE)小于1 m(2σ),优于导航星座自主运行指标要求,验证了本文算法的有效性.

摘要： 根据天拓3号卫星的定轨任务需求,提出一种基于广义卡尔曼滤波(EKF)的自主定轨方法.该算法能自主判断观测数据中的丢失数据和异常数据并进行有效处理,从而降低数据误差提高定轨精度.天拓3号实测数据支持的定轨实验表明,算法收敛且提高了定轨精度;基于定轨结果分析了观测数据的数据质量,讨论了异常数据对定轨的影响.该算法可提高微纳卫星自主导航系统的精确度与稳定性.

摘要： 本文提出一种基于星间链路双向测距的GNSS分布式自主导航定轨方法.首先,给出分布式自主定轨数据流程,建立并分析GNSS导航星座星间链路双向伪距测量模型.其次,采用单点定位法计算待估卫星位置及其协方差,以此作为伪观测量,采用两步Kalman滤波法处理卫星计算轨道参数改正数,并进行时间更新.另外,针对自主定轨存在的秩亏问题,利用卫星预报星历中轨道定向参数控制星座整体旋转,给出卫星真实轨道的最佳估值.仿真结果验证了该方法的有效可行性.

摘要： 地球静止轨道(GEO)卫星由于独特的高轨和静地特性,在通信、气象、侦察、导航定位、授时、跟踪与数据中继以及科学研究等方面发挥着越来越重要的作用,地球静止轨道卫星的自主定轨技术已经成为我国迫切需要发展的航天新技术之一.针对利用星地观测数据对GEO卫星实现定轨存在观测几何差的问题,本文提出了一种基于优化PDOP值星间链路的GEO卫星自主定轨方法.首先,基于建立的仿真场景分析了MEO卫星与GEO卫星所建链路的PDOP值的变化趋势;然后,以PDOP值为评价指标进行了链路择优,得到了一组较优的建链方案;最后,设计了基于扩展卡尔曼滤波的GEO自主定轨算法,分析了上述建链方案在不同噪声条件下的定轨性能.结果表明:仿真计算7天,考虑观测随机噪声误差和GEO轨道初始位置误差时,利用星间链路观测数据对GEO进行定轨解算的定轨精度比利用星地链路观测数据进行定轨解算的精度提高了3倍;作为基准的MEO卫星引入R(径向)、T(横向)和N(轨道面正法向)三个方向误差幅度分别为1m、5m、5m时,GEO卫星x、y、z三个方向上的定轨精度均在4m以内.

摘要： 我国北斗卫星导航系统目前在轨卫星14颗,已具备区域服务能力,低轨卫星搭载BDS/GPS接收机实现自主定轨将成为定轨领域的热点问题.本文讨论了基于星载BDS/GPS自主定轨需要考虑的数学模型.基于自主研发程序,利用高动态信号仿真器仿真的星载BDS/GPS数据研究了基于星载BDS/GPS自主定轨的可行性及其能达到的精度.试验结果表明,顾及动力学模型的Helmert方差分量估计既较好地解决了BDS/GPS观测值的合理定权问题,又有效地减弱了粗差的影响,提高了定轨精度.星载BDS/GPS自主定轨位置精度为1.19m,速度精度为2.35mm/s.GPS信号发生中断时即仅采用BDS观测数据进行自主定轨时,三维位置误差达到3.73m.

摘要： 基于卫星导航系统的GEO卫星自主定轨,因其信号微弱和导航卫星可见性、观测信息少、观测几何差等问题一直是国内外该领域研究的难点.本文针对GEO观测条件较差难以进行定轨自主初始化,提出了基于短弧批处理的方法初始化定轨滤波器,设计了一种基于动力学模型补偿的卡尔曼滤波自主定轨算法,利用GPS、GLONASS和BD2多导航系统的组合观测信息对GEO卫星进行自主轨道确定,并用算例对本文方法进行了仿真验证.仿真结果表明,该算法在本文-175dBW灵敏度的条件下能够满足GEO卫星自主定轨精度为20米左右的需求.本文工作对于推动我国高轨卫星自主定轨实际应用有一定的技术参考意义.

摘要： GNSS的应用集中于低轨道航天器,对于处于高地球轨道的GEO卫星而言,其利用卫星导航系统导航存在观测数目少,观测几何差的问题.针对该问题本文提出基于动力学法的自主定轨方案,引入新型非线性滤波算法——SSUKF实时估计用户轨道的方法,并且针对未来导航卫星天线的拓展,进一步分析了扩展导航信号后,GEO轨道航天器的自主定轨性能,进一步验证了提出方案的可行性,可为未来全球卫星导航星座的空间拓展应用提供一定的参考价值.

摘要： 本文研究了定点在地-月系共线平动点L1或L2点附近的探测器与月球卫星的联合自主定轨问题.利用星间链路数据,文中探讨了一颗共线平动点探测器与一颗月球卫星的定轨方案,对该方案作了数值模拟和结果分析.研究表明,在无地面测站的支持下,共线平动点探测器与月球卫星的联合自主定轨确实可行,影响定轨精度的是整个采样资料的长度以及采样该资料时月球卫星与共线平动点探测器的相对几何构型.

摘要： 基于星间测距的自主定轨必然存在星座的整体旋转和漂移,即存在星座空间基准的衰减问题,因此,卫星星座的空间基准维持是自主定轨的主要目标,也是自主定轨的核心问题之一.重点讨论卫星自主定轨中的空间基准维持方法,系统分析星地观测、星间/星地组合观测和星间观测3种观测模式下的卫星轨道参数估计方法,及其对应的空间基准维持方式;提出卫星自主定轨强基准和弱基准概念.强基准是指在星地观测或星间/星地组合观测条件下,强化地面高精度基准站坐标的定轨方式,此时卫星星座基准与地面跟踪站基准一致;弱基准是指在仅有星间链路观测条件下,采用卫星轨道信息先验弱约束的定轨方式,即弱基准是以先验轨道所对应的卫星星座的几何重心建立的.强基准充分利用了星间、星地观测网中的各类信息,计算结果可靠且精度稳定,而弱基准虽然缺少地面观测信息,但先验卫星轨道同样是基于地面跟踪网精密定轨得到的,对卫星空间基准的维持同样可靠,且定轨计算更为简单.采用北斗试验星实测数据,分剐开展无基准、弱基准和强基准支持下的自主定轨试验,试验结果表明,弱基准中仅对卫星轨道倾角和升交点赤经进行先验弱约束即可抵偿卫星星座的旋转和漂移,但定轨精度略低于强基准支持下的定轨精度.在无地面跟踪系统支持的特定环境下,建议采用弱基准方法,实现真正意义上的自主定轨.

摘要： 我国北斗卫星导航系统正处于建设阶段,由区域性服务向全球服务发展.卫星导航系统主要依托地面运控支持,一旦地面运控系统因自然灾害或人为因素而遭到破坏,卫星导航系统将会陷入瘫痪,PNT服务质量将无法保证.另一方面,我国卫星导航系统无法实现全球布站,一旦卫星出境,将无法更新导航电文,而PNT服务质量变差.因此,为了增强卫星导航系统的抗打击、抗摧毁能力以及实现我国卫星导航系统全球PNT服务,卫星导航系统需具备独立自主运行能力.本文主要针对导航卫星自主运行时卫星轨道确定方法及定轨精度影响因素进行分析,实际工程中卫星导航系统自主运行星载处理能力以及存储容量十分有限时,通过采用扩展Kalman滤波来完成定轨实现卫星轨道确定,通过理论分析轨道动力学模型误差和观测误差对定轨结果的影响.实验计算证明,卫星轨道动力学模型误差和观测误差都会导致扩展Kalman滤波定轨结果发散.

摘要： 轨道平根是表征卫星运动规律的重要参数,目前常通过拟合观测量获得.随着在轨卫星数量的逐渐增加,地面运控负担变得沉重,卫星自主测定轨技术凸显价值.针对面向微纳卫星自主任务规划的轨道确定需求,本文提出一种新的基于GNSS导航信息的轨道拟平根确定方法,并仿真分析算法的确定精度及稳定性.仿真结果表明,方法可有效确定卫星轨道拟平根,满足自主任务规划对卫星轨道确定的需求.

摘要： 本发明涉及一种基于非导航卫星信号的低轨卫星自主定轨定姿方法，包括：多传感器一体化在轨检校；在卫星运行期间，根据控制点和匹配点数量及导航卫星信号是否可用而采用相应的定轨定姿方法；由于卫星循环绕地飞行，通过已有地理特征点库与SLAM引入后不断更新的地理特征点库共同构建全球地理特征点库，并在卫星运行中不断更新原有特征点库并提高原有特征点库精度；形成全球地理特征点库，并最终实现基于非导航卫星信号INS/SS/SMNS定轨定姿。本发明避免了全球布设地面控制点的不可行性，同时适用于非常时期导航卫星失常情况下定轨定姿系统正常运行。特别是全球地理特征点库的建立，可实现INS/SS/SMNS高精度定轨定姿，大大提高了非常时期空间信息网络的安全性。

摘要： 本发明涉及一种基于低轨星基锚固的北斗导航星座自主定轨方法：通过北斗星间链路进行星间双向伪距观测，并将北斗星间双向观测量信息、本星在地心惯性坐标系下的先验位置和速度信息，通过星间链路发送至相邻北斗导航卫星；接收低轨卫星发送的北斗下行观测量信息以及低轨卫星自主定轨数据；对北斗双星之间的伪距和北斗卫星与低轨卫星之间的伪距进行误差修正，消除收发设备误差和链路误差；将修正后的北斗卫星与低轨卫星之间的伪距、北斗卫星与低轨卫星之间的伪距统一到同一时刻，并解耦北斗星间双向观测信息中的星间距离和相对钟差，将低轨卫星伪距、北斗星间距离和相对钟差作为观测量，采用扩展卡尔曼滤波方法，计算北斗卫星的位置、速度和钟差。

摘要： 本发明涉及一种低轨卫星的自主定轨方法。选择若干高轨目标（包括大型空间碎片）作为标定星，获得其精密星历；当低轨卫星无法获取其精密星历时，利用搭载的天基可见光相机，指向高轨标定星，进行一段时间的跟踪，获取测角测量量；利用星载计算机，结合低轨卫星的粗略星历、高轨目标的精密星历和测量量，反向确定出低轨卫星的精密轨道。本发明提供了一种新的卫星自主定轨途径，当无法利用全球定位导航卫星信息时，可以作为替代方法使用。本发明计算模型相对简单，充分利用了空间资源，同时天基可见光观测成本低、耗能小，工程适用性强。

摘要： 本发明实施例提供了一种卫星自主定轨方法、装置、设备及计算机存储介质。该基于北斗导航系统的卫星自主定轨方法，应用于目标卫星，包括：基于目标卫星中的微型惯性测量单元MIMU，确定目标卫星的第一位置信息；基于目标卫星中的星载北斗接收机，接收北斗导航系统发送的第一位置信息对应的第一差分数据；其中，第一差分数据是北斗导航系统依据第一位置信息和预设的映射关系确定的，映射关系为位置信息和差分数据之间的映射关系；利用第一差分数据对第一位置信息进行解算，得到第二位置信息；基于第二位置信息，确定目标卫星所属的卫星轨道。根据本发明实施例的卫星自主定轨方法、装置、设备及计算机存储介质，能够更加准确地进行卫星自主定轨。

摘要： 本发明公开了一种基于图像的遥感卫星多模式自主定轨方法，包括以下步骤：步骤1：对遥感图像进行预处理；步骤2：将预处理后的遥感图像与地面特征点库和前一时刻的遥感图像进行匹配，提取出定轨特征点；步骤3：基于单目视觉和多视几何原理建立多模式定轨量测方程；步骤4：基于轨道动力学模型建立定轨状态方程；步骤5：基于定轨量测方程和定轨状态方程，通过滤波算法，对定轨状态量进行高精度的实时最优估计。此发明解决了遥感卫星定轨自主性差以及定轨精度低的问题，根据单目视觉和多视几何原理，构建基于图像的多模式自主定轨观测模型，从而实现了遥感卫星自主定轨的精度和可靠性的提高以及自主性的增强。

摘要： 本发明涉及一种基于非导航卫星信号的低轨卫星自主定轨定姿方法，包括：多传感器一体化在轨检校；在卫星运行期间，根据控制点和匹配点数量及导航卫星信号是否可用而采用相应的定轨定姿方法；由于卫星循环绕地飞行，通过已有地理特征点库与SLAM引入后不断更新的地理特征点库共同构建全球地理特征点库，并在卫星运行中不断更新原有特征点库并提高原有特征点库精度；形成全球地理特征点库，并最终实现基于非导航卫星信号INS/SS/SMNS定轨定姿。本发明避免了全球布设地面控制点的不可行性，同时适用于非常时期导航卫星失常情况下定轨定姿系统正常运行。特别是全球地理特征点库的建立，可实现INS/SS/SMNS高精度定轨定姿，大大提高了非常时期空间信息网络的安全性。

摘要： 本发明公开了一种低轨卫星星座自主定轨方法及系统，包括获取星间链路测距数据、星载GNSS接收机观测数据；利用观测数据组建观测模型，并对观测数据进行预处理；利用预处理后的观测数据进行星上PPP解算，得到每颗低轨卫星的在轨粗略空间位置；选择定轨摄动改正力学模型建立低轨卫星动力学微分方程；联合观测模型建立定轨函数模型；构造随机模型，融合定轨函数模型和随机模型建立联合平差模型，得到低轨卫星定轨结果；利用星间链路测距数据构建低轨卫星星座空间网络，结合联合平差模型，得到低轨卫星星座自主定轨结果，直接使用星间链路测距数据和GNSS接收机观测数据实现低轨卫星星上高精度安全自主定轨。

摘要： 本发明涉及一种基于低轨星基锚固的北斗导航星座自主定轨方法：通过北斗星间链路进行星间双向伪距观测，并将北斗星间双向观测量信息、本星在地心惯性坐标系下的先验位置和速度信息，通过星间链路发送至相邻北斗导航卫星；接收低轨卫星发送的北斗下行观测量信息以及低轨卫星自主定轨数据；对北斗双星之间的伪距和北斗卫星与低轨卫星之间的伪距进行误差修正，消除收发设备误差和链路误差；将修正后的北斗卫星与低轨卫星之间的伪距、北斗卫星与低轨卫星之间的伪距统一到同一时刻，并解耦北斗星间双向观测信息中的星间距离和相对钟差，将低轨卫星伪距、北斗星间距离和相对钟差作为观测量，采用扩展卡尔曼滤波方法，计算北斗卫星的位置、速度和钟差。

摘要： 一种基于GNSS广播星历的高轨卫星高精度自主定轨方法，可以在没有实时GNSS精密星历支持情况下，仅使用GNSS广播星历和GNSS观测量完成高轨卫星高精度自主定轨。通过星载增强扩展卡尔曼滤波器(AEKF)完成GNSS观测量和轨道动力学模型的紧耦合，获取轨道动力学模型递推结果短期精度高和GNSS观测量长期不发散的优点；同时，针对广播星历引入的GNSS卫星轨道误差和时钟误差缓慢变化的特性，在滤波过程对其进行联合估计，并从GNSS原始观测量中予以扣除，以削弱其对定轨结果的影响。使用本发明方法，在GEO轨道可达到优于10m(3D RMS)的自主定轨精度。

摘要： 本发明涉及一种低轨卫星的自主定轨方法。选择若干高轨目标(包括大型空间碎片)作为标定星，获得其精密星历；当低轨卫星无法获取其精密星历时，利用搭载的天基可见光相机，指向高轨标定星，进行一段时间的跟踪，获取仅测角测量量；利用星载计算机，结合低轨卫星的粗略星历、高轨目标的精密星历和测量量，反向确定出低轨卫星的精密轨道。本发明提供了一种新的卫星自主定轨途径，当无法利用全球定位导航卫星信息时，可以作为替代方法使用。本发明计算模型相对简单，充分利用了空间资源，同时天基可见光观测成本低、耗能小，工程适用性强。