轨道航天器的开环矢量导航方法研究

Orbital vehicle moves in a complex outer space environment with high motion and weak signal. It is difficult to achieve autonomous positioning with navigation satellites. This research intends to combine open-loop control mechanisms and vector tracking technology to replace traditional closed-loop control mechanisms in such navigation receiver. The research uses vector geometric relationship of navigation satellites as the open-loop control input, and use open-loop control mechanism to improve robustness of vector tracking. This combination will solve orbital vehicle autonomous positioning bottlenecks in high dynamic, high sensitive and complex electromagnetic environment. This study intends to model the scenario of space environment and establish a full link signal simulation and verification platform for open-loop vector tracking. It will provide a theoretical basis for the future construction of Beidou global navigation satellite system, and to provide support for the safe operation of the orbital vehicle and national security.

轨道航天器运行速度高、信号强度弱、空间环境复杂，利用卫星导航系统进行自主定位导航一直是国内外研究的难点和热点。本课题拟将矢量接收算法与开环控制机制相结合，代替目前传统的卫星导航接收机闭环控制方法，使用导航卫星之间的矢量几何关系作为开环控制的输入，并利用开环控制机制提高空间复杂环境下轨道航天器定位导航的鲁棒性，以解决轨道航天器在高动态、高灵敏和复杂电磁环境下的导航信号处理瓶颈问题。本研究拟结合轨道航天器的应用场景，建立开环矢量跟踪算法所需的空间环境与信号模型，开展全链路信号模拟仿真和接收处理算法验证，可以为我国高性能轨道航天器定位终端的研制提供理论基础，对未来北斗全球卫星导航系统的建设提供支撑，对于我国航天器安全运行和国防安全具有重要意义。

通过近几年的研究，本项目开展了面向轨道航天器的开环矢量跟踪体系结构与建模研究，分析了影响轨道航天器导航信号的因素，针对北斗卫星导航信号体制建立了轨道航天器接收信号建模，研究了开环矢量跟踪体系结构；开展了开环矢量跟踪算法的鲁棒机理和可靠性研究，对开环矢量跟踪算法的稳定性判据和故障检测方法都开展了分析；开展了开环矢量跟踪算法的前馈机制研究，进行了基于差分Kalman的前馈信息估计方法，并分析了开环矢量跟踪算法前馈精度性能；开展了开环矢量跟踪算法的仿真和验证技术研究，研制了相应的样机，并正在进行测试验证。.研究结果表明，开环矢量跟踪结构能够对信号捕获参数进行多通道卡尔曼融合滤波，充分利用多颗卫星定位在几何上的相关性。它在一个或多个卫星短时间被遮挡时仍能给出较好的定位估计，对载体的动态变化适应能力较强。除了轨道航天器领域外，还可以应用于其他复杂环境下的高灵敏或高动态导航定位领域。.共发表科技论文12篇，其中SCI期刊收录7篇，EI期刊收录2篇，其他期刊论文3篇，国际EI会议论文1篇。基本完成了项目预定目标。