2011年导航卫星自主定轨轨道机动处理方法及其应用

本文主要探讨了在导航卫星自主定轨过程中遇到的轨道机动问题。由于摄动因素的影响，卫星可能会偏离预设轨道，因此轨道机动成为确保卫星正确运行的重要手段。然而，轨道机动后，原本的预报轨道信息将不再适用，这就需要卫星利用新的定位方法来恢复自主定轨。 在机动后的定位策略中，机动卫星首先通过几何定位技术来确定自身的位置。几何定位依赖于星间距离观测值，这通常包括由CCD相机等光学传感器获取的方向观测值以及无线电测距方式得到的距离测量值。方向观测值虽然可以提供无秩亏问题的定位，但由于光学设备的精度限制，当卫星间距离较大（如4万公里）时，要求达到厘米级别的精度，这目前对于CCD相机来说是个挑战。 星间距离观测值则具有更高的精度，可以达到米甚至分米级别，且所需设备较少。然而，它们仅能提供卫星间的相对位置信息，无法反映星座整体的旋转情况，因为这些观测值并未与天球坐标系中的天体或地球坐标系中的地面站建立直接联系，缺乏绝对位置基准。这会导致在利用星间距离观测值进行自主定轨时，出现秩亏问题，即在某些情况下，不足以确定所有卫星的位置关系。 为解决这些问题，作者提出了结合动力学法进行轨道拟合和预报的策略。通过这种方法，即使在一天内有多颗卫星进行机动，即使个别卫星因观测卫星数量不足而暂时无法精确定轨，系统也能在第二天借助几何定位恢复正常的自主定轨功能。这样，整个导航定位系统仍然能够保持稳定，确保导航性能不受影响。 本文针对导航卫星自主定轨过程中的轨道机动问题，提出了一个兼顾精度和定位能力的解决方案，通过动态调整和利用星间观测数据，实现了即使在复杂条件下，卫星也能迅速适应并恢复自主导航的能力。这对于确保全球导航系统的可靠性和准确性具有重要意义。