导航星座引力场匹配自主导航方法研究

自主导航能力是新一代导航星座的重要特性，利用卫星星间相对测量实现导航星座自主导航，是导航星座自主运行的关键技术之一。本项目运用地球引力场偏导数描述星间相对测量与地球固连坐标系的关系，研究以星间测量进行引力场匹配实现导航星座自主导航的理论基础，包括该问题的数学表达、可观测性分析等内容。并针对GEO/MEO混合星座，设计基于天文导航和引力场匹配自主导航的双环路自主导航方案，利用天文导航的结果作为引力场不完全匹配自主导航的初值，用引力场不完全匹配实现高精度自主导航。最后应用数值仿真分析该自主导航方案的可行性与精度，为我国新一代导航星座的建设提供理论支撑。

航天器自主导航是指航天器不依赖地面支持，利用航天器上自备的测量设备测定自身的在轨位置、速度和时间。本项目提出基于GOCE重力梯度计的测量，利用地球引力场偏导数与地球固连坐标系的关系可以实现航天器的自主导航。在进行理论研究的基础上，开展了引力场匹配的方法研究，设计了基于天文导航和引力场匹配自主导航的双环路自主导航方案，构建了批处理引力场匹配算法，利用轨道动力学和姿态运动学信息实现长时间测量数据的融合，提高了自主导航的精度。最后建立了数值仿真验证环境，通过数值仿真和GOCE实测数据两种手段对于引力场匹配自主导航的精度进行了验证，为我国新一代航天器自主导航系统的建设提供理论支撑。