基于星间观测的导航卫星自主定轨旋转误差及其控制策略

本文主要探讨的是导航卫星自主定轨中的关键问题，特别是关于星座旋转误差及其控制方法。在传统的地面站定轨模式下，如GPS和GLONASS等全球导航卫星系统依赖于地面跟踪站来确定卫星的位置。然而，这种模式的局限性在于，一旦地面站发生故障，整个系统的可靠性将受到影响。 自主定轨技术试图通过在轨卫星间的星间观测（包括测距和测速）来实现自我定位和时间同步，以减少对地面站的依赖。然而，基于星间距离测量的自主定轨会面临不可观测性问题，即某些卫星状态参数（如轨道升交点赤经）无法直接通过星间观测得到精确估计。这是由于星间观测数据无法完全捕捉到这些全局参数的变化，特别是对于长时间段的定轨，升交点赤经的系统误差积累可能导致星座整体旋转。 文章指出，星座旋转的根本原因在于星间观测的局限性，它无法反映轨道升交点赤经的长期系统误差。已有研究显示，GPS卫星在半年时间内升交点赤经的变化量可能高达70度，这是一个严重的误差来源。为了解决这个问题，文献提出了一种可能的解决方案，即通过固定升交点数目，这种方法旨在通过调整观测策略来缓解不可观测性问题。 另外，文献[6]进一步提出了星座旋转误差的控制方法，该方法可能涉及实时校正、模型预测或者其他动态调整策略，以减小因缺乏地面基准而引起的星座旋转。这些控制方法与解决不可观测性问题密切相关，因为它们都试图通过优化星间观测的数据利用或引入外部基准来改善卫星星座的稳定性。 本文深入剖析了自主定轨中的核心挑战，并探讨了通过理论分析和实际操作策略来控制星座旋转误差的方法。这对于提高导航卫星系统的可靠性和性能具有重要意义，特别是在未来空间基础设施的发展中，自主定轨技术的优化将不可或缺。