基于北斗/陀螺/星敏的高精度组合定轨定姿方法

An optimal loop nonlinear model is proposed for nonlinear modeling and tracking loop loses lock of ultra-tight coupling system (UTCS). The existing UTCS federal Kalman filter structure is improved and a novel filtering algorithm is provided. The availability, continuity, reliability and accuracy of GNSS / INS UTCS for high-resolution earth observation platform are tested. The system robustness, fault tolerance, the accuracy output of continuity navigation positioning and anti-jamming capability for GNSS / INS UTCS in the situation of space radiation and other environment are verified through simulation..The new linear attitude determination technical has been carried out for light and small agile satellite attitude maneuver, including attitude determination and data bi-linear complementary aspects. An vector correction model is established with analysis of star sensor measurement error characteristics. Finally, a real-time Hardware in loop simulation platform has been build. With theoretical analysis and simulation, this project provide technical support to determine high accuracy and fast satellite attitude.

针对超紧组合跟踪环路非线性建模和失锁检测等问题，建立环路的优化非线性模型；改进现有超紧组合联邦Kalman滤波器结构，探索新的超紧组合滤波算法。验证现有惯性器件条件下GNSS/INS紧组合系统在对地高分辨率观测平台自主导航的可用性、连续性、可靠性及定位精度；确定空间自主组合导航系统对惯性传感器和GNSS接收机的性能指标要求。通过仿真研究确定GNSS/INS UTCS在面对空间辐射干扰等环境时，系统的鲁棒性、容错性、导航输出的连续性、定位精度和抗干扰能力。.针对轻小型敏捷卫星姿态机动快、测角精度要求高的特点，开展新型线性姿态确定技术研究，主要包括线性姿态确定和数据双向互补两个方面。分析敏捷姿态机动给星敏感器带来的矢量测量误差特性，并建立矢量修正模型。建立半物理实时仿真平台，通过理论分析和仿真试验，为敏捷卫星高精度快速姿态确定提供技术基础。

针对探月探测器、高轨道卫星接收机接收信号弱、动态高、可见弧段短的特点，研究GNSS/INS超紧组合导航技术。本课题提出了超紧组合导航系统的系统架构；对GNSS信号跟踪环路误差进行建模，并在此基础上分析了超紧组合提升跟踪性能的机理。研制GNSS/INS超紧组合导航接收机工程样机，在试验室搭建仿真验证平台，进行了GNSS/INS超紧组合导航半物理试验。完成了GNSS/INS超紧组合导航外场试验，经过实验发现，GNSS/INS超紧组合导航在信号遮挡条件下会迅速失锁，停止输出测量信息，而在接收信号后实现信号重捕并输出测量信息，表明接收机的惯性辅助超紧组合设计具有较好的鲁棒性。.针对姿态机动快的航天器的高精度测角要求，研究INS/星敏高精度姿态确定技术。本课题分析了敏捷姿态机动给星敏感器带来的矢量测量误差特性，并建立了矢量修正模型，提出了一种INS/星敏高精度姿态确定方案。通过理论分析和仿真试验，证明了该方案的可行性和优越性。.本课题成果应用于嫦娥5的探月组合导航接收机。月球探测任务中，GNSS信号具有功率低、可见弧段短等特点，相比传统接收机以及松组合和紧组合系统，用GNSS/INS超紧组合导航滤波器代替单纯的GNSS导航滤波器，在信号跟踪的同时完成导航解算。在超紧组合导航系统中，接收机的动态被估计和补偿，这使它非常适合高动态载体应用；所有跟踪环路耦合在一起，又使它具有很强的抗干扰能力。因此，相比传统接收机以及松组合和紧组合系统，在月球探测任务中，超紧组合导航拥有更好的跟踪和导航性能，可以在恶劣环境中实现稳定的高精度导航。.本课题成果应用于鸿雁首发星导航监测接收机。鸿雁星座低轨数据交换系统，是一个基于低轨道微小卫星组成的星座系统，为全球用户提供数据交换、天基导航增强、数据采集和卫星广播等功能。鸿雁卫星导航监测接收机是鸿雁卫星导航增强系统的核心设备，主要负责完成高精度GPS/BD信号的监测接收功能，星上自主实时定位和时间、频率同步功能。