(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211276164.8 (22)申请日 2022.10.19 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410003 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 郑伟　李钊　王奕迪　张士峰　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 专利代理师 李杰强　周晓艳 (51)Int.Cl. G01C 21/20(2006.01) G01C 21/02(2006.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方 法 (57)摘要 本发明提供了一种卫星方向矢量导航的观 星序列规划方法， 包括： 基于卫星可见性进行观 测对象的初选； 基于初选结果， 构建观星序列的 表达式； 选 择Fisher信息矩阵的行列式为观星序 列的优化指标函数； 采用优化指标函数计算不同 观星序列的指标值， 选择指标值最大的观星序列 为最优观星序列。 本发明提出一种基于可观性的 观星序列规划方法， 采用基于 Fisher信息矩阵的 指标函数对观星序列进行择优选择， 从而提高了 星敏感器观测已知卫星的导航精度。 本发明采用 Fisher信息矩阵实现观测对象选择， 实现在充分 考虑飞行器运动的条件下为飞行器提供最优观 星序列， 现对于现有的观星选择方法， 导航的精 度得到了有效的提升 。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115355915 A 2022.11.18 CN 115355915 A 1.一种卫星方向矢量 导航的观星序列规划方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1： 基于卫星可 见性进行观测对象的初选； 步骤S2： 基于初选结果， 构建观星序列的表达式； 步骤S3： 选择 Fisher信息矩阵的行列式为观星序列的优化指标函数； 步骤S4： 采用优化指标函数计算不同观星序列的指标值， 选择指标值最大的观星序列 为最优观星序列。 2.根据权利要求1所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法， 其特征在于， 所述步 骤S1具体是： 在已编目卫星数据库中， 根据星敏感器的位置以及观测约束判断卫星是否可 见， 选出可见的卫星。 3.根据权利要求2所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法， 其特征在于， 所述观 测约束包括太阳光干扰、 地球遮挡、 地球阴影区、 星 敏感器探测距离以及 星敏感器与观测对 象的相对角速度。 4.根据权利要求1所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法， 其特征在于， 所述步 骤S2中构建观星序列表达式具体是： 设飞行器携带的星敏感器共进行 M个时刻的连续观测， 然后将其划分为 N段， 每段观测 内的观测对象为 ， 每段观测时长为 ， 其中 ； 则观星序列 P的表达式为：       （1） 。 5.根据权利要求1所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法， 其特征在于， 所述步 骤S3中优化指标函数 具体如下：                    （2） ，    （3） ， 其中，F表示Fisher信息矩阵， J为指标值， 表示求取矩阵的迹， 为k时刻的测 量方差，M为观星序列中的最后一个观测时刻， 为飞行器运动状态从 k时刻到M时刻的状 态转移矩阵， 为k时刻的测量矩阵。 6.根据权利要求5所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法， 其特征在于， 在公式 （3） 中：  （4） ， 其中， 为k时刻观测对象到星敏感器的距离， 为k时刻观测对象相对于星敏感器的 方向矢量， 为3×3的单位矩阵， 为3×3的零矩阵。 7.根据权利要求1所述的卫星方向矢量导航的观星序列规划方法， 其特征在于， 所述步 骤S4中， 对不同的观星序列采用智能优化方法获得指标值 最大的最优观星序列。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115355915 A 2一种卫星方向矢量导航的观星 序列规划方 法 技术领域 [0001]本发明涉及导航技术领域， 具体涉及一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方 法。 背景技术 [0002]卫星方向矢量导航是指飞行器利用星敏感器对已编目的卫星进行观测， 获取卫星 相对于星敏感器的方向矢量， 并据此确定飞行器运动状态。 该导航方法的信息源为已编目 的空间目标， 数量多， 分布广， 使得该导航方法可在 全球范围提供服务。 并且， 卫星的光学信 号不易被干扰， 使得该导航方法具有极强的自主性。 因而， 该导航方法可用于航天器以及临 近空间飞行器自主导 航任务。 [0003]当飞行器搭载单视场星敏感器时， 为了保证导航性能， 卫星方向矢量导航要求星 敏感器分时段观测不同的卫星。 申请号为CN202110484592.9的中国专利申请公开了一种基 于人造卫星的星光定位导航方法， 该申请中通过计算位置几何精度因子完成观测对象的选 择。 但是该申请 中所采用的位置几何因子仅可应用于单个时刻的观测对 象选择， 该选星指 标无法在考虑飞行器运动的情况 下规划出最优的观星序列。 [0004]对于卫星方向矢量导航而言， 观测对象的选择会直接影响卫星方向矢量导航方法 的导航精度。 因此， 为了规划出最优的观星序列， 必须在考虑飞行器运动的条件 下提出相应 的指标函数。 [0005]综上所述， 急需一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法以解决现有技术中存 在的问题。 发明内容 [0006]本发明目的在于提供一种卫星方向矢量导航的观星序列规划方法， 旨在解决现有 的观星选择方法在未考虑飞行器运动的情况下选择观测对 象， 导致导航精度较低的问题， 具体技术方案如下： 一种卫星方向矢量 导航的观星序列规划方法， 包括以下步骤： 步骤S1： 基于卫星可 见性进行观测对象的初选； 步骤S2： 基于初选结果， 构建观星序列的表达式； 步骤S3： 选择 Fisher信息矩阵的行列式为观星序列的优化指标函数； 步骤S4： 采用优化指标函数计算不同观星序列的指标值， 选择指标值最大的观星 序列为最优观星序列。 [0007]以上技术方案中优选的， 所述步骤S1具体是： 在已编目卫星数据库中， 根据星敏感 器的位置以及观测约束判断卫星是否可 见， 选出可见的卫星。 [0008]以上技术方案中优选的， 所述观测约束包括太阳光干扰、 地球遮挡、 地球阴影区、 星敏感器探测距离以及星敏感器与观测对象的相对角速度。 [0009]以上技术方案中优选的， 所述 步骤S2中构建观星序列表达式具体是：说　明　书 1/4 页 3 CN 115355915 A 3