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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明提供一种基于月球反射太阳震荡的地球卫星自主导航方法，该方法以地球卫星接收到直射太阳震荡和被月球反射太阳震荡时刻的差值为系统量测量；利用原子鉴频仪分别获取地球卫星接收到直射和经过月球反射太阳震荡的时刻；根据太阳、月球和地球卫星在接收到直射太阳震荡的时刻，月球反射的时刻和接收到被反射太阳震荡时刻的几何位置关系，建立系统量测模型。最后，利用隐式无迹卡尔曼滤波方法对地球卫星的位置和速度进行估计。此外当无法获得月球反射太阳震荡时，利用地心矢量方向来估计地球卫星的位置和速度。本发明属于地球卫星自主导航领域，可为地球卫星提供高精度的位置和速度信息，对地球卫星自主导航具有重要的实际意义。

主权项：1.一种基于月球反射太阳震荡的地球卫星自主导航方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、以地球卫星接收到直射太阳震荡的时刻和接收到被月球反射的太阳震荡时刻差值为系统量测量，利用原子鉴频仪分别朝向太阳和月球来获取直射和经过月球反射的太阳震荡；利用原子鉴频仪分别朝向太阳和月球来获取直射和经过月球反射的太阳震荡的过程包括：以太阳震荡引起太阳谱线中心的波长变化为特征，利用两个原子鉴频仪来分别获取地球卫星直接接收到太阳震荡的时刻和接收到被月球反射的太阳震荡的时刻，通过对二者做差获取时间延迟量测量；只有当地球卫星和月球的位置满足以下数学约束时，量测量才能够获得：①太阳到地球卫星的光线和太阳到月球的光线不被遮挡： （1）式中，和表示求解反余弦和反正弦值，为太阳相对地球卫星的位置矢量，为太阳相对月球的位置矢量，表示地球卫星相对地心的位置矢量，表示月球相对地心的位置矢量，表示对矢量求模长，为地球半径；②地球卫星和月球互相可见： （2）步骤2、在地心惯性系下，建立仅考虑地球质心引力和引力场摄动二阶带谐项的轨道动力学方程，作为系统状态模型；状态方程如下： （4）式中，为系统状态量，表示的一阶导数，表示仅考虑地球质心引力和引力场摄动的轨道动力学方程.，其中表示三个轴向的过程噪声，t表示时间；步骤3、根据太阳，月球和地球卫星在接收到直射太阳震荡的时刻，被月球反射的时刻和接收到被反射的太阳震荡时刻的几何位置关系，建立系统量测模型；基于月球反射太阳震荡的系统量测模型如下：根据光的传播理论和太阳，月球，地球卫星间的几何关系，量测量表达为： （5）式中，其中为时间延迟量测量，表示地球卫星接收到被月球反射的太阳震荡的时刻，表示地球卫星直接接收到太阳发出的太阳震荡的时刻，表示，时刻，月球相对太阳的位置矢量，表示发生太阳震荡的时刻，表示时刻地球卫星相对地心的位置矢量，表示时刻，月球相对地心的位置矢量，其中表示月球反射太阳震荡的时刻，表示时刻地球卫星相对太阳的位置矢量，为光速；根据太阳、月球、地球卫星和地球之间的几何关系有： （6） 表示时刻，地球卫星相对地心的位置矢量，表示时刻，太阳相对地心的位置矢量；则公式（5）表示为： （7）解算和： 和之间的关系通过轨道递推获得： （8）其中，表示仅考虑地球质心引力和引力场摄动的轨道动力学方程；因此公式（7）写作： （9）通过如下步骤确定：根据光传播的理论有： （10）其中，为发生太阳震荡的时刻，为月球收到震荡的时刻；此外由于月球的运动遵循轨道动力学规律，因此表示为： 11其中，为时刻月球相对地球的位置矢量；此外，和还满足： 12由式（10），式（11），和式（12）利用二分法得到，将带入公式（11），即得到；从式（8）得到：是和量测量的函数，因此时间延迟量测量的量测模型是的隐函数，写作： 13式（13）中，0被看做等效量测量，假设系统时间延迟量测量表示为,式（13）表示为如式（14）所示的基本模型： 14式中是和的隐式模型，考虑系统量测误差时，等效量测模型简化为如式（15）所示： 15式中，表示系统状态量；步骤4、基于第二步中的系统状态模型和第三步中的系统量测模型，采用隐式UKF滤波估计地球卫星的位置和速度；步骤5、由于地球遮挡因素导致月球反射太阳震荡量测量不可获得时，利用地心矢量方向估计地球卫星的位置和速度。

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