● 摘要
随着全球导航卫星系统GNSS (Global Navigation Satellite System) 的部署完整和不断增强，利用GNSS对空间飞行器进行导航定位的益处越来越明显。目前，GNSS在中低轨道航天器的定轨中获得了极大的成功，其应用范围开始从低轨道向高轨道扩展，如转移轨道、同步轨道。基于GNSS的高轨HEO (High Earth Orbit)飞行器导航定位将减少地面设备的费用，简化定轨设备，提高定轨精度，增加可靠性。而且，对于军事应用卫星而言，还有良好的隐蔽性和自主导航能力。本文主要针对利用GNSS对HEO飞行器进行精密定轨存在的问题和需解决的关键技术进行分析，提出相关解决方案，并对设计的方法和方案进行理论分析和仿真验证。首先对基于GNSS的HEO飞行器精密定轨性能及影响机理进行分析，包括GNSS对HEO航天器进行定位的可见性、几何精度因子、信号功率、动态性等，为提出有效的解决方案提供了依据。其次，对远近效应、微弱信号条件下GNSS捕获和跟踪方法进行研究，包括基于正交联合的极大似然估计远近效应消除技术，标准的PLL/DLL微弱信号跟踪算法及基于扩展Kalman滤波算法与相关算法结合的微弱信号跟踪算法，为利用GNSS对HEO飞行器进行导航定位提供了良好工作的基础。最后，提出HEO航天器轨道参数估计技术。航天器的运行轨道受到轨道参数的约束，可利用HEO航天器的轨道参数及摄动方程辅助GNSS进行工作。本文在对HEO航天器轨道参数和摄动因素进行分析后，采用扩展Kalman滤波方法提高定轨精度。本文研究的利用GNSS系统进行HEO飞行器定位导航的相关技术，对卫星导航的产业化发展及高轨卫星自主定位的发展提供了理论依据，对提高HEO飞行器的定位精度，保障其抗摧毁和机动能力具有重要的意义。