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利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法

阅读：995发布：2020-07-01

专利汇可以提供利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法，其包括以下步骤：步骤一：对导航源一进行观测，获得观测点相对导航源一的径向速度；步骤二：对导航源二进行观测，获得观测点相对导航源二的径向速度；步骤三：对导航源三进行观测，获得观测点相对导航源三的径向速度；步骤四：将相对三个导航源的径向速度送入天文测速自主导航系统；步骤五：加入导航源自身扰动模型，并进行抑制；步骤六：将相对三个导航源的径向速度合成，得到观测点在历元时刻的惯性空间速度矢量等。本发明可用于天文测速自主导航系统的功能与性能验证，是针对深空探测天文测速自主导航系统性能试验验证的有效手段。，下面是利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法，其特征在于，所述利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法包括以下步骤：
步骤一：对导航源一进行观测，获得观测点相对导航源一的径向速度；
步骤二：对导航源二进行观测，获得观测点相对导航源二的径向速度；
步骤三：对导航源三进行观测，获得观测点相对导航源三的径向速度；
步骤四：将相对三个导航源的径向速度送入天文测速自主导航系统；
步骤五：加入导航源自身扰动模型，并进行抑制；
步骤六：将相对三个导航源的径向速度合成，得到观测点在历元时刻的惯性空间速度矢量；
步骤七：记录观测时刻，即历元；
步骤八：记录地点的经纬度和海拔；
步骤九：根据经纬度与海拔以及地球自转理论模型，计算测量点在历元时刻的自转速度矢量；
步骤十：从天文观测站获得高精度地球星历；
步骤十一：根据星历计算历元时刻的测量点随地球公转运动的速度矢量；
步骤十二：将步骤九与步骤十一得到的测量点自转与公转速度矢量合成，得到观测点在历元时刻的惯性空间速度矢量；
步骤十三：将步骤六与步骤十二得到的测量值与理论值进行比较，即得到测速导航系统的定速精度。
2.根据权利要求1所述的利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法，其特征在于，所述惯性空间速度矢量包含地球公转速度与自转引起的测量地线速度。
3.根据权利要求1所述的利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法，其特征在于，所述利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法在不同纬度、海拔处进行测量后，对测速导航系统的性能进行有效评估。
4.根据权利要求3所述的利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法，其特征在于，所述评估是通过测速导航性能评估系统根据导航速度输出与当地理论速度的差异，对测速导航系统性能做出评估。
5.根据权利要求1所述的利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法，其特征在于，所述利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法包括在不同时刻、同一地点进行测量，或在不同纬度或海拔处同时在相同时刻下进行测量。

说明书全文

利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种试验方法，具体地，涉及一种利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法。

背景技术

[0002] 深空探测器的导航方法主要有地面无线电导航、天文导航、惯性导航以及组合导航等。天文测速自主导航是天文导航的一种，该方法依靠导航目标的光谱信息，实现航天器飞行过程中连续自主、实时高精度的导航。

[0003] 天文测速自主导航系统的功能与性能需要通过地面试验进行验证与评估。深空探测器飞行过程中与导航目标天体的径向速度可达到千米每秒量级，难以通过任何实验室设备进行物理模拟。因此，本发明针对天文测速自主导航系统的地面试验，提出一种利用太阳系天体公转和自转等自然运动的地面试验方法。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法，其可用于天文测速自主导航系统的功能与性能验证，是针对深空探测天文测速自主导航系统性能试验验证的有效手段。

[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法，其特征在于，所述利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法包括以下步骤：

[0006] 步骤一：对导航源一进行观测，获得观测点相对导航源一的径向速度；

[0007] 步骤二：对导航源二进行观测，获得观测点相对导航源二的径向速度；

[0008] 步骤三：对导航源三进行观测，获得观测点相对导航源三的径向速度；

[0009] 步骤四：将相对三个导航源的径向速度送入天文测速自主导航系统；

[0010] 步骤五：加入导航源自身扰动模型，并进行抑制；

[0011] 步骤六：将相对三个导航源的径向速度合成，得到观测点在历元时刻的惯性空间速度矢量；

[0012] 步骤七：记录观测时刻，即历元；

[0013] 步骤八：记录地点的经纬度和海拔；

[0014] 步骤九：根据经纬度与海拔以及地球自转理论模型，计算测量点在历元时刻的自转速度矢量；

[0015] 步骤十：从天文观测站获得高精度地球星历；

[0016] 步骤十一：根据星历计算历元时刻的测量点随地球公转运动的速度矢量；

[0017] 步骤十二：将步骤九与步骤十一得到的测量点自转与公转速度矢量合成，得到观测点在历元时刻的惯性空间速度矢量；

[0018] 步骤十三：将步骤六与步骤十二得到的测量值与理论值进行比较，即得到测速导航系统的定速精度。

[0019] 优选地，所述速度矢量包含地球公转速度与自转引起的测量地线速度。

[0020] 优选地，所述利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法在不同纬度、海拔处进行测量后，对测速导航系统的性能进行有效评估。

[0021] 优选地，所述利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法包括在不同时刻、同一地点进行测量，或在不同纬度或海拔处同时在相同时刻下进行测量。

[0022] 优选地，所述评估是通过测速导航性能评估系统根据导航速度输出与当地理论速度的差异，对测速导航系统性能做出评估。

[0023] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明通过在测量地一段时间内的测量，将测量测量值与理论值相比较，可对天文测速自主导航系统的性能做出有效评价。本发明可用于天文测速自主导航系统的功能与性能验证，是针对深空探测天文测速自主导航系统性能试验验证的有效手段。
附图说明

[0024] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0025] 图1为本发明利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法的原理图。

[0026] 图2为本发明对四个方面进行观测和评价的示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0028] 本发明利用天体相对运动的天文测速自主导航系统地面试验方法包括以下步骤：

[0029] 步骤S1：对导航源一(太阳)进行观测，获得观测点相对导航源一的径向速度；

[0030] 步骤S2：对导航源二(系外恒星)进行观测，获得观测点相对导航源二的径向速度；

[0031] 步骤S3：对导航源三(系外恒星)进行观测，获得观测点相对导航源三的径向速度；

[0032] 步骤S4：将相对三个导航源的径向速度送入天文测速自主导航系统；

[0033] 步骤S5：加入导航源自身扰动模型，并进行抑制；

[0034] 步骤S6：将相对三个导航源的径向速度合成，得到观测点在历元时刻的惯性空间速度矢量(测量值)；

[0035] 步骤S7：记录观测时刻，即历元；

[0036] 步骤S8：记录地点的经纬度和海拔；

[0037] 步骤S9：根据经纬度与海拔以及地球自转理论模型，计算测量点在历元时刻的自转速度矢量；

[0038] 步骤S10：从天文观测站获得高精度地球星历；

[0039] 步骤S11：根据星历计算历元时刻的测量点随地球公转运动的速度矢量；

[0040] 步骤S12：将步骤S9与步骤S11得到的测量点自转与公转速度矢量合成，得到观测点在历元时刻的惯性空间速度矢量(理论值)；

[0041] 步骤13：将步骤S6与步骤S12得到的测量值与理论值进行比较，即得到测速导航系统的定速精度。该速度矢量包含了地球公转速度与自转引起的测量地线速度；通过一段时间内在不同纬度、海拔处进行测量后，可以对测速导航系统的性能进行有效评估。

[0042] 本发明包括在不同时刻、同一地点进行测量，可以有效评估天文测速自主导航系统的测速精度受自转、公转的影响情况；或在不同纬度或海拔处同时在相同时刻下进行测量，可有效衡量天文测速自主导航系统的测速精度受纬度或海拔的影响情况。根据天文观测得到的高精度星历，可以得到观测地的速度理论值。通过一段时间内的理论值曲线与测量值曲线相比较，可对测速自主导航系统的性能做出评价。

[0043] 评估是通过测速导航性能评估系统根据导航速度输出与当地理论速度的差异，对测速导航系统性能做出评估。利用地球公转径向速度与测量地自转线速度叠加引起的导航源光谱偏移量，对测量地的线速度进行估计。

[0044] 在一天内的不同时刻，由地球自转引起的当地线速度发生变化。通过在同一地点连续测量二十四小时内的当地速度，可以有效衡量天文测速自主导航系统的测速精度受自转线速度的影响情况。

[0045] 在一年内的不同时刻，由地球公转引起的径向速度发生变化。通过在同一地点连续测量一年内的当地速度，可以有效衡量天文测速自主导航系统的测速精度受公转的影响情况。

[0046] 在不同纬度或海拔处，相同时刻下由地球自转引起的径向速度发生变化。通过在不同纬度或海拔位置连续测量若干年内的当地速度，可以有效衡量天文测速自主导航系统的测速精度受纬度或海拔的影响情况。

[0047] 根据天文观测得到的高精度星历，可以得到观测地的速度理论值。通过一段时间内的理论值曲线与测量值曲线相比较，可对测速自主导航系统的性能做出有效评价。

[0048] 如图2所示，本发明对以下四个方面进行观测和评价：

[0049] (1)、在第一测量地点A(如“上海”)，利用测速导航系统对导航源一(如“太阳”)进行二十四小时连续观测，输出光谱信息，经测速导航计算机处理后，输出相对导航源一(太阳)的视向速度。将测量得到的视向速度值与理论值相比较，对视向速度测量精度进行评价。

[0050] (2)在第一测量地点A，利用测速导航系统对导航源一(太阳)、导航源二、导航源三进行二十四小时连续观测，输出光谱信息，经测速导航计算机处理后，输出第一测量地点A在惯性空间中的速度矢量。将速度矢量测量值与理论值相比较，对测速精度进行评价。

[0051] (3)在第一测量地点A(上海)、第二测量地点B(赤道附近)、第三测量地点C(哈尔滨)三地(相同海拔)同时利用测速导航系统对导航源一(太阳)、导航源二、导航源三进行二十四小时连续观测，输出光谱信息，经测速导航计算机处理后，输出第一测量地点A、第二测量地点B、第三测量地点C在惯性空间中的速度矢量。将速度矢量测量值与理论值相比较，对测速精度进行评价。

[0052] (4)在第一测量地点A，在每天的6:00与18:00，利用测速导航系统对导航源一(太阳)进行一年连续观测，输出光谱信息，经测速导航计算机处理后，输出第一测量地点A在惯性空间中的速度矢量。连续测量并记录一年(365天)内的导航输出测量值，与理论值相比较，对系统长期测速精度进行评价。

[0053] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

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