CN111352133B - 一种基于时间模糊度解耦的高精度星历获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于时间模糊度解耦的星历获取方法，步骤如下：(1)数管计算机收到导航分系统的星历数据后，进行星历转换条件的判断，当转换条件满足时，进入步骤(2)；(2)数管计算机根据导航星历和导航分系统广播给数管计算机的实时周计数，计算得到控制分系统需要的星历数据；(3)数管计算机将计算得到的控制分系统所需的星历转发给控制计算机。该方法可有效减少地面测控系统注入轨道根数的操作，同时也可以在测控上行失效时，通过运控通道进行轨道维持。

Description

一种基于时间模糊度解耦的高精度星历获取方法

技术领域

本发明涉及一种基于时间模糊度解耦的高精度星历获取方法，属于卫星导航技术领域，适用于在轨定期播发高精度星历的导航卫星。

背景技术

卫星在轨运行期间，通常需要地面测控系统定期上注轨道根数给卫星控制分系统进行轨道和姿态维持。

对于导航大型星座系统，卫星数量多，频繁的地面运行维持操作不利于星座的长期运维管理，增加了星座的运维成本，包括人力资源、设备资源、测站资源等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于导航卫星的控制分系统星历获取方法，该方法可有效减少地面测控系统注入轨道根数的操作，同时也可以在测控上行失效时，通过运控通道进行轨道维持。

本发明的技术解决方案是：

一种基于时间模糊度解耦的星历获取方法，步骤如下：

(1)数管计算机收到导航分系统的星历数据后，进行星历转换条件的判断，当转换条件满足时，进入步骤(2)；

(2)数管计算机根据导航星历和导航分系统广播给数管计算机的实时周计数，计算得到控制分系统需要的星历数据；

(3)数管计算机将计算得到的控制分系统所需的星历转发给控制计算机。

进一步地，本发明所述步骤(1)中星历转换条件为：

当本次星历数据同时满足以下两个公式时，星历转换条件满足，否则为不满足，

a_{sqrt_min}<a_sqrt＜a_{sqrt_max}

δ_{i_min}<δ_i<δ_{i_max}

其中，a_sqrt、δ_i分别为导航星历的半长轴平方根、轨道倾角修正量，a_{sqrt_min}、a_{sqrt_max}分别为半长轴平方根合理性判断的最小、最大阈值，δ_{i_min}、δ_{i_max}分别为倾角修正量合理性判断的最小、最大阈值。

进一步地，本发明控制分系统所需的星历包括绝对星时、半长轴、偏心率、轨道倾角，升交点赤经、近地点辐角及平近点角。

进一步地，本发明控制分系统所需的偏心率、近地点辐角、平近点角为从导航星历中直接获得。

进一步地，本发明控制分系统所需的绝对星时、半长轴、轨道倾角、升交点赤经通过以下步骤计算得到。

(a)根据导航星历中的半长轴平方根和轨道倾角修正量，得到控制分系统需要的半长轴a和轨道倾角i；

(b)根据导航星历中的周计数WNa和导航分系统广播给数管计算机的实时周计数WNt，得到星历的实际周计数WNa^*；

(c)根据所述星历的实际周计数WNa^*和导航星历中的准升交点赤经Ω₀，得到控制分系统需要的星历时刻的升交点赤经Ω；

(d)根据所述星历的实际周计数WNa^*和导航星历中的周内秒t_oa，得到绝对星时T0。

进一步地，本发明所述步骤(b)中星历的实际周计数WNa^*依据下式确定：

dWN＝WNt-WNa

M_WN＝floor(dWN/256)

WNa^*＝M_WN*256+WNa

其中，WNa为导航星历中的周计数，WNt为导航分系统广播给数管计算机的实时周计数，WNa^*为星历中的实际周计数，floor()表示向下取整。

本发明与现有技术相比的优点在于：

现有方法是通过测控系统定期上注轨道根数进行轨道维持，地面测控系统操作繁琐；本方法充分利用导航卫星在轨定期播发高精度星历的服务特点，为导航卫星控制分系统提供了一种新的星历获取方法，该方法为星上自主处理，不需要地面测控系统额外操作；同时也可以在测控上行失效时，通过运控通道进行轨道维持。

本发明方法一方面可以减少地面测控系统上注操作；另一方面也可以在测控通道失效时，通过运控通道进行姿态和轨道维持，可作为星历获取的备份手段，提高系统可靠性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明实施例一种适用于导航卫星的控制分系统星历获取方法，具体过程为：

(1)数管计算机收到导航分系统的星历数据后，进行星历转换条件的判断。若条件满足，则可以转入步骤(2)，若不能满足，则转入步骤(1)；

星历转换的条件为：当本次星历数据同时满足以下两个条件时，则认为满足星历转换的条件，否则认为不满足；

a_{sqrt_min}<a_sqrt＜a_{sqrt_max}

δ_{i_min}<δ_i<δ_{i_max}

其中，a_sqrt、δ_i分别为导航星历的半长轴平方根、轨道倾角修正量，a_{sqrt_min}、a_{sqrt_max}分别为半长轴平方根合理性判断的最小、最大阈值，为预设值，δ_{i_min}、δ_{i_max}分别为倾角修正量合理性判断的最小、最大阈值，为预设值。

(2)数管计算机计算星历转换：根据导航星历和导航分系统广播给数管计算机的实时周计数计算得到控制分系统需要的星历数据。

所述导航星历包括周计数、周内秒、半长轴平方根、偏心率、轨道倾角修正量，准升交点赤经、近地点辐角、平近点角；

所述控制分系统需要的星历数据包括绝对星时、半长轴、偏心率、轨道倾角，升交点赤经、近地点辐角、平近点角。其中，控制分系统需要的偏心率、近地点辐角、平近点角可以从导航星历中直接获得，控制分系统需要的绝对星时、半长轴、轨道倾角、升交点赤经通过以下步骤计算得到。

具体步骤如下：

(a)根据星历的半长轴平方根a_sqrt和轨道倾角修正量δ_i，得到控制分系统需要的半长轴a和轨道倾角i；方法如下：

a＝(a_sqrt)²

i＝i₀

其中，a_sqrt、δ_i分别为星历中的半长轴平方根、轨道倾角修正量，a、i分别为控制分系统需要的半长轴、轨道倾角，i₀为星历协议中的预设值。

(b)由于数管计算机转发的星历中含有周计数WNa信息，因为存在8位有效存储位数限制，所转发星历中周计数WNa的范围为0～255；而导航系统广播星历中的周计数WNt存在跨周的问题。

根据导航星历中的周计数WNa和导航分系统广播给数管计算机的实时周计数WNt，得到星历的实际周计数WNa^*；方法如下：

dWN＝WNt-WNa

M_WN＝floor(dWN/256)

WNa^*＝M_WN*256+WNa

其中，WNa为星历中的周计数，WNt为导航分系统广播给数管的实时周计数，WNa^*为星历中的实际周计数，所述星历中的周计数和导航分系统广播给数管的实时周计数为输入值，floor()表示向下取整。

星历对应时刻用周计数和周内秒来共同表征。由于星历资源紧张，周计数有效位有限，周计数存在模糊度问题，在星历获取方法中提出了周计数模糊度的解耦方法，获得了星历的真实周计数，也即获得了星历的实际对应时刻。该解耦方法也可以用于其它使用星历作为输入的算法中。

(c)根据星历的实际周计数WNa^*和导航星历中的准升交点赤经Ω₀，得到控制分系统需要的星历时刻的升交点赤经Ω；方法如下：

T_WN＝WNa^**7*86400

S_G＝S_G2006+T_WN*w_e

S_G＝mod(S_G,2π)

Ω＝Ω₀+S_G

Ω＝mod(Ω,2π)

其中，T_WN为实际周计数对应的绝对星时，S_G2006为UTC时间2006年1月1日0时的恒星时角，S_G2006＝1.75417498186rad，w_e为地球自转角速度，w_e＝7.292115855377074×10^-5rad/s，Ω₀为导航星历中的准升交点赤经，Ω为控制分系统需要的星历时刻的升交点赤经，mod()为取余。

(d)根据星历的实际周计数WNa^*和周内秒t_oa，得到绝对星时T0；方法如下：

T0＝WNa^**7*86400+t_oa

其中，WNa^*为星历中的实际周计数，t_oa为星历中的周内秒，T0为绝对星时。

(3)数管计算机将转换后的星历发给控制计算机。

本发明方法充分利用运控系统定期上注给导航分系统的星历，经数管分系统特定的处理，播发给控制分系统。因此，该方法可有效减少地面测控系统注入轨道根数的操作；同时也可以在测控上行失效时，通过运控通道进行轨道维持。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (4)

1.一种基于时间模糊度解耦的星历获取方法，其特征在于，步骤如下：

(1)数管计算机收到导航分系统的星历数据后，进行星历转换条件的判断，当转换条件满足时，进入步骤(2)；

(2)数管计算机根据导航星历和导航分系统广播给数管计算机的实时周计数，计算得到控制分系统需要的星历数据；

(3)数管计算机将计算得到的控制分系统所需的星历转发给控制计算机；

所述控制分系统需要的星历数据包括绝对星时、半长轴、轨道倾角、升交点赤经，通过以下步骤计算得到：

(a)根据导航星历中的半长轴平方根和轨道倾角修正量，得到控制分系统需要的半长轴和轨道倾角；

(b)根据导航星历中的周计数和导航分系统广播给数管计算机的实时周计数，得到星历的实际周计数；

(c)根据所述星历的实际周计数和导航星历中的准升交点赤经，得到控制分系统需要的星历时刻的升交点赤经；

(d)根据所述星历的实际周计数和导航星历中的周内秒，得到绝对星时；

所述步骤(b)中星历的实际周计数WNa^*依据下式确定：

dWN＝WNt-WNa

M_WN＝floor(dWN/256)

WNa^*＝M_WN*256+WNa

其中，WNa为导航星历中的周计数，WNt为导航分系统广播给数管计算机的实时周计数，WNa^*为星历中的实际周计数，floor()表示向下取整。

2.根据权利要求1所述基于时间模糊度解耦的星历获取方法，其特征在于，所述步骤(1)中星历转换条件为：

当本次星历数据同时满足以下两个公式时，星历转换条件满足，否则为不满足，

a_{sqrt_min}<a_sqrt＜a_{sqrt_max}

δ_{i_min}<δ_i<δ_{i_max}

其中，a_sqrt、δ_i分别为导航星历的半长轴平方根、轨道倾角修正量，a_{sqrt_min}、a_{sqrt_max}分别为半长轴平方根合理性判断的最小、最大阈值，δ_{i_min}、δ_{i_max}分别为倾角修正量合理性判断的最小、最大阈值。

3.根据权利要求1所述基于时间模糊度解耦的星历获取方法，其特征在于，控制分系统所需的星历包括绝对星时、半长轴、偏心率、轨道倾角，升交点赤经、近地点辐角及平近点角。

4.根据权利要求1所述基于时间模糊度解耦的星历获取方法，其特征在于，控制分系统所需的偏心率、近地点辐角、平近点角为从导航星历中直接获得。