一种可靠的多源轨道外推自主选用方法与流程

1.本发明涉及一种可靠的多源轨道外推自主选用方法，属于卫星姿态确定与控制技术领域，是一种针对基于地面站/gnss/自主导航的多源轨道计算任务，进行可靠的自主选用的方法。


背景技术：

2.卫星轨道确定是实现轨道控制、精确姿态确定及其它应用任务的重要保障之一。数值法轨道外推计算精度高，但依赖地面站定期测轨注轨，或依赖gnss接收机周期性地提供gnss测量数据。若长时间无外来轨道数据校正，轨道外推计算发散，得到的轨道数据误差逐渐变大。基于星敏和地敏的自主导航，不依赖外来轨道数据校正，计算得到的轨道精度一般，但误差不随时间积累，可用于降级长期使用。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可靠的多源轨道外推自主选用方法，满足了多源轨道计算的可靠运行和灵活使用需求，提升了卫星的自主运行能力。
4.本发明的技术解决方案是：一种可靠的多源轨道外推自主选用方法，包括如下步骤：
5.实时获取若干数据来源的轨道数据，若未获取到，则使用上周期同一数据来源的轨道外推数据作为本周期初值进行轨道外推，获得本周期轨道数据；若获取到，则对其进行有效性验证；若验证通过，则使用该轨道数据进行轨道外推，获得本周期轨道数据；反之，则使用上周期同一数据来源的轨道外推数据进行轨道外推，获得本周期轨道数据；初始时刻的轨道数据为预先装订；
6.实时获取指令；若获取到自主导航使能指令，则进行自主导航计算，得到本周期轨道数据，此时若满足切换条件，则切换到自主导航；反之，则根据预设轨道选用标志选用当前周期的轨道数据。
7.进一步地，所述若干数据来源的轨道数据包括地面站注轨数据和gnss测量数据。
8.进一步地，对地面站注轨数据和gnss测量数据的有效性验证和轨道外推为串行的顺序。
9.进一步地，预设轨道选用标志，可通过指令修改，以及星上自主修改。
10.进一步地，若未接收到gnss使能指令，则不使用gnss测量数据，使用星上预先装订值。
11.进一步地，地面站注轨数据的有效性验证的方法为：根据使用工况的指令设置，选用地面站注轨数据第一条件，或者选用地面站注轨数据第一条件和地面站注轨数据第二条件；其中：
12.地面站注轨数据第一条件：当前星时为ta，注入星时为tj，地面注轨数据对应时间
误差限tgmdlim，满足tj tgmdlim≥ta≥tj；
13.地面站注轨数据第二条件：地面站注轨数据与星上选用轨道数据的位置误差、偏心率误差、半长轴误差分别满足预设阈值。
14.进一步地，gnss测量数据的有效性验证的方法为：验证gnss测量数据第一条件、gnss测量数据第二条件和gnss测量数据第三条件；其中：
15.gnss测量数据第一条件：gnss数据包通信协议验证，满足帧头、长度、校验和验证正确；
16.gnss测量数据第二条件：gnss常值诊断，满足连续10周期为非常值数据；
17.gnss测量数据第三条件：gnss测量数据的轨道时间验证，当前星时为ta，gnss时刻为tg，gnss注轨数据对应时间误差限tgnslim，满足tg tgnslim≥ta≥tg
‑
tgnslim。
18.进一步地，gnss测量数据的有效性验证还包括，进一步验证gnss测量数据第四条件；gnss测量数据第四条件为：gnss测量数据与星上选用轨道数据的位置误差、偏心率误差、半长轴误差分别满足预设阈值；或者gnss测量数据与地面站注轨的轨道外推数据的位置误差、偏心率误差、半长轴误差分别满足预设阈值。
19.进一步地，所述切换条件包括：gnss数据通讯协议校验无效、gnss轨道时间校验无效、gnss常值告警、gnss位置误差超门限、gnss偏心率误差超门限、gnss半长轴误差超门限，以上之一持续时间大于预设时长。
20.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种可靠的多源轨道外推自主选用方法的步骤。
21.本发明与现有技术相比的优点在于：
22.(1)本发明所述方法通过设计的多源轨道外推主流程，多源轨道计算串行进行和结果融合的处理，能满足多样化复杂化的轨道计算使用工况，不仅适用基于地面站/gnss/自主导航轨道计算中的一种、两种或三种，也能适用更多种轨道外推的工况。
23.(2)本发明所述方法通过设计的可变的数据有效性诊断方法，很好地支持了轨道数据初次引入的正确性和长期使用的自主性。
24.(3)本发明所述方法实现了基于缺省选用、指令使能、指令选用、无缝切换、自主切换的自主选用方法，已经在某个在轨卫星进行了应用，经工程实施验证了该方法的可行性和有效性。
附图说明
25.图1为多源轨道计算任务主流程；
26.图2为地面站注轨数据的可变式有效性诊断方法；
27.图3为gnss轨道测量数据的可变式有效性诊断方法。
具体实施方式
28.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
29.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种可靠的多源轨道外推自主选用方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～3所示)：在轨道计算任务中维护n 1组轨道数据，n为多源轨道外推中的n源，1为选用的轨道数据，多源轨道计算串行进行，最后进行结果融合；对多源轨道外推的数据源进行有效性验证，为实现初次引入源轨道数据和两种轨道外推间的无缝切换，进行可变的数据有效性验证；gnss轨道外推与自主导航进行自主切换。
30.在本技术实施例所提供的方案中，(1)在轨道计算任务中维护n 1组轨道数据，n为多源轨道外推中的n源，1为选用的轨道数据，多源轨道计算串行进行，最后进行结果融合；
31.(2)对多源轨道外推的数据源进行有效性验证，为实现初次引入源轨道数据和两种轨道外推间的无缝切换，进行可变的数据有效性验证；
32.(3)gnss轨道外推与自主导航进行自主切换。
33.在一种可能实现的方式中，缺省选用一种轨道外推，缺省选用基于地面站注轨的轨道外推，并可通过指令修改轨道选用标志。维护四组轨道数据，分别是基于地面站的轨道外推数据、基于gnss的轨道外推数据、基于自主导航的轨道数据、星上选用的轨道数据。
34.进一步，步骤(1)、(2)、(3)具体包括如下步骤：
35.(11)缺省选用一种轨道外推，并可通过指令修改轨道选用标志；
36.(12)维护四组轨道数据，分别是基于地面站的轨道外推数据、基于gnss的轨道外推数据、基于自主导航的轨道数据、星上选用的轨道数据；
37.(13)对地面站注轨道数据进行有效性验证；
38.(14)调用轨道外推，计算得到基于地面站的轨道外推数据；
39.(15)对gnss轨道测量数据进行有效性验证；
40.(16)调用轨道外推，计算得到基于gnss的轨道外推数据；
41.(17)如果使能自主导航,则进行步骤(18)，如果未使能自主导航，则进行步骤(20)；
42.(18)进行基于地敏星敏的自主导航计算，得到基于自主导航的轨道数据；
43.(19)gnss轨道外推与自主导航进行自主切换；
44.(20)根据轨道选用标志，星上选用的轨道数据为对应的轨道数据。
45.所述步骤(13)的具体内容为：
46.在轨道计算任务中，每周期都判断是否有地面站注轨数据到来，如果没有，使用上周期基于地面站注轨的轨道外推数据，作为本周期轨道外推的初值。如果有地面站注轨数据到来，技术设计为：进行可变注轨数据有效性验证：
47.(1)地面站注轨数据的轨道时刻验证：当前星时为ta，注入星时为tj，地面注轨数据对应时间误差限tgmdlim，需满足tj tgmdlim≥ta≥tj。
48.(2)地面站注轨数据与星上选用轨道数据的位置误差、偏心率误差、半长轴误差分别满足阈值。
49.(3)根据使用工况的指令设置，选用验证内容(1)，或者选用验证内容(1)和(2)。
50.一般在初次引入地面站注轨数据，或当星上轨道数据发散时，只选用(1)进行验证，以保证地面站注轨数据能被引入。在星上轨道数据良好时，选用(1)和(2)进行验证，能有效地避免错误的地面站注轨数据被引入。
51.可变式进行注轨数据有效性验证，能满足不同工况的使用需求。地面站注轨数据的可变式有效性诊断方法，见图2，其中“是否进行其它有效性验证d”，可通过指令进行设置，实现可变式的数据有效性验证，以适应不同的使用工况。
52.调用轨道外推，计算得到基于地面站的轨道外推数据。
53.所述步骤(15)的具体方法为：
54.基于gnss测量的轨道外推，默认不使能引入gnss接收机测量数据，初次使用时需发指令进行使能。在轨道计算任务中，每周期都判断是否有gnss接收机的测量数据到来，如果没有，使用上周期基于gnss轨道外推的轨道数据，作为本周期轨道外推的初值。如果有gnss接收机的测量数据到来，技术设计为：
55.1)gnss数据包通信协议验证。
56.2)gnss常值诊断，连续10周期为非常值数据。
57.3)gnss测量数据的轨道时间验证。
58.4)gnss测量数据与星上选用轨道数据的位置误差、偏心率误差、半长轴误差分别满足预设阈值，或者gnss测量数据与地面站注轨的轨道外推数据的位置误差、偏心率误差、半长轴误差分别满足预设阈值。
59.其中1)、2)、3)为必须进行的验证项，4)为选择进行的验证项，其中的误差校验可进一步进行选择。
60.gnss轨道测量数据的可变式有效性诊断方法，见图3，其中“是否进行其它有效性验证g”，可通过指令进行设置，实现可变式的数据有效性验证，以适应不同的使用工况。
61.调用轨道外推，计算得到基于gnss的轨道外推数据。
62.所述步骤(19)的具体方法为：
63.在选用gnss外推、使能轨道计算方式切换、使能自主导航，三个条件下时，如果gnss数据通讯协议校验无效、gnss轨道时间校验无效、gnss常值告警、gnss位置误差超门限、gnss偏心率误差超门限、gnss半长轴误差超门限，以上之一持续时间大于n小时，则轨道计算切换为自主导航方式。例如n的值为24。
64.本发明使用三种轨道计算方式，对卫星轨道确定提供了更多保障，并满足多样化的使用需求：1)基于地面站注轨的轨道外推、基于gnss测量的轨道外推、自主导航，支持以上三种轨道计算方式中的一种/两种/三种同时进行计算；
65.2)缺省选用传统的地面站注轨的轨道外推，并能可靠自主地进行三种轨道计算方式切换。
66.为实现三种轨道数据的可靠灵活使用，本方法设计了多源轨道外推主流程，实现了基于缺省选用、指令使能、指令选用、无缝切换、自主切换的自主选用方法。很好地支持了地面站优先、初次引入源轨道数据、星上长期自主运行等不同轨道使用需求，有效提高了卫星的自主运行能力。
67.本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。
68.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
69.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
70.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
71.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
72.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
73.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。