基于脉冲星的导航星座时间同步和定向参数测量方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于脉冲星的导航星座时间同步和定向参数测量方法，首先定义导航星座定向参数，然后采用单站观测法在选定的一颗导航卫星上观测X射线脉冲星，测量星座定向参数进行时间同步，或采用较差观测法在选定的两颗卫星上同时观测同一颗脉冲星或者任何X射线变源，测量星座定向参数。本发明能利用阶段性测量得到的导航星座定向参数和平均时间偏差，修正星间链路导航结果，从而实现导航星座卫星的长期自主导航。
【专利说明】基于脉冲星的导航星座时间同步和定向参数测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种导航卫星星座时间同步和空间定向参数测量方法，适用于导航卫 星自主导航领域。
【背景技术】
[0002] 为增强GNSS的自主导航能力，国际上开展了大量研究工作，先后提出了不同的技 术和方法，对有关技术进行了实验研究。研究表明，星间链路导航技术是一种实现GNSS自 主导航的可行方法。基于星间链路的自主导航是指导航星座卫星在长期得不到地面测控系 统支持情况下，通过星间双向测距、数据交换以及星载处理器滤波处理，不断修正地面站注 入的卫星长期预报星历及时钟参数，并自主生成导航电文，满足用户高精度导航定位应用 需求的实现过程。星间链路测量，能实现星座内部卫星间的相对距离和相对钟差的测量，利 用星间观测进行整网定位是一个无外部基准的测量过程。单独利用星间链路导航技术，能 在许可的导航误差限度内实现短期自主导航，仍然不能实现真正意义的长期自主导航。在 长期没有地面运控系统支持的情况下，星间链路自主导航技术只能够保持星座的基本构形 和星座内部平均时间。由于星间链路自主导航技术没有外部基准作参考，星座整体相对于 惯性参考架存在着缓慢旋转，星座平均时间存在着长期漂移。星座整体的缓慢旋转和星座 平均时间的长期累积误差，单靠星间链路导航技术本身是无法测量的，需要依赖导航星座 外部的参考基准。脉冲星时空参考架作为惯性参考基准，可以用来测量导航星座相对于脉 冲星空间参考架的缓慢旋转和导航星座平均时间相对于脉冲星时间的长期漂移。目前，还 没有见到有关该方面测量技术方法的任何文献。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种在应用星间链路导航技术情况下，以 脉冲星时空参考架为参考基准，测量导航星座整体旋转（导航星座的旋转参数，也称为定 向参数）和实现导航星座时间同步（测量导航星座平均时间偏差）的方法。导航星座空间 定向参数定义为星间链路导航参考架相对于脉冲星惯性参考架的三个旋转参数；导航星座 平均时间偏差定义为星间链路导航确定的导航星座平均时间相对于脉冲星时间的偏差。我 们提出了两种不同的导航星座时间同步和定向参数测量方法，即，单站观测法和较差观测 法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0005] 1.导航星座定向参数定义
[0006] 设导航卫星在地心参考系的位置矢量表示为& =U' F zy由星间链路导航提 供的同一颗导航卫星同一时刻地心参考系的位置矢量表示为g ，
【权利要求】
1. 一种基于脉冲星的导航星座时间同步和定向参数测量方法，其特征在于包括下述步 骤： 1) 导航星座定向参数定义 设导航卫星在地心参考系的位置矢量表示为Kζ?，由星间链路导航提供的 同一颗导航卫星同一时刻地心参考系的位置矢量表示为g.=(x ，
其中，α、β、Y为星间链路导航参考架相对于脉冲星惯性参考架的旋转参数； 2) 导航星座定向参数测量和时间同步方法 2. 1)单站观测法测量星座定向参数和时间同步方法 所述的单站观测法是在选定的一颗导航卫星上观测X射线脉冲星，单站观测法的误差 观测方程为
代入方程组
能够求解平均观测历元导航星座定向参数、平均时 间偏差及其随时间的变化率； 其中，太阳系质心参考系内，导航卫星相对于太阳系质心的位置矢量是FF的近似值 是f，tp是脉冲星脉冲发射时刻，c是光速，t_s是观测得到的脉冲星脉冲发射时刻，i是脉 冲星在太阳系质心参考系单位矢量，f是脉冲星空间运动速度，At是观测时刻与脉冲星星 历参考历元的差值，Rtl是星历参考历元脉冲星相对太阳系质心的距离，PBss是太阳系主要天 体数，G是牛顿引力常数，Mk是第k个太阳系天体质量，6是卫星相对第k个太阳系天体的 矢量，1\是&的模； 2.2)较差观测法测量星座定向参数方法 较差观测法是在选定的两颗卫星上同时观测同一颗脉冲星或者任何X射线变源，较差 法的定向参数观测方程如下：
其中，卫星i和卫星j观测得到的同一颗脉冲星或X射线变源信号发射时刻之差是Λtpu，利用多次观测的结果采用最小二乘法求解星座定向参数。
【文档编号】G01C21/20GK104316056SQ201410543034
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】杨廷高, 高玉平 申请人:中国科学院国家授时中心