研究团队
杨雨青，杨浩南，宁晓琳，房建成：北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
吴伟仁：探月与航天工程中心
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Yang Yuqing, Yang Haonan, Ning Xiaolin, Wu Weiren & Fang Jiancheng. Multi-Path Navigation Method Using Solar Panel-Reflected Solar Oscillations for Earth Satellites. Sci China Inf Sci, 2024, doi: 10.1007/s11432-023-4064-6
研究意义
高精度的导航方法是地球卫星执行空间科学任务的前提和保障。目前地球卫星的导航主要依靠无线电测控，但无线电测控存在实时性、覆盖性和自主性的限制，因此研究无线电测控不可用时的自主导航方法引起了广泛的关注。
常用的地球卫星自主导航方法主要有地磁导航、重力梯度导航和天文导航方法。其中地磁导航和重力梯度导航，受仪器测量精度和地磁场模型/重力梯度分布基准图精度低的影响，定位精度不高。基于折射星的天文导航方法是一种高精度的自主导航方法，但其导航精度受大气密度误差的影响。综上，现有自主导航方法都存在一定的局限性，且短时间内难以突破，因此研究新的自主导航方法至关重要。
基于天体反射太阳震荡的多路径导航方法是一种新兴的自主天文导航方法，在火星探测任务中进行了初步的讨论。但对地球卫星而言，如果以月球为反射天体，受地球卫星、月球和太阳之间的距离和几何关系的影响，导航精度难以满足定位需求。为了解决该问题，本文提出一种基于卫星太阳帆板反射太阳震荡的地球卫星自主导航方法，可以作为现有地球卫星自主天文导航方法的重要补充。
本文工作
本文提出了一种基于太阳帆板反射太阳震荡的地球卫星多路径导航方法，利用两个原子鉴频仪分别朝向太阳和反射天体安装，通过测量地球卫星接收到直射和经过反射天体反射太阳震荡的时间差来确定地球卫星的位置。
利用地球卫星、反射天体在发生太阳震荡的时间，地球卫星接收到直射和反射太阳震荡的时间之间的几何关系，建立了基于反射太阳震荡的地球卫星多路径导航方法的量测模型。此外，考虑量测获取受地球遮挡和反射角的限制，建立了量测获取的几何约束模型。
最后，本文还对比了以月球为反射面和以卫星太阳帆板为反射面的多路径导航方法的定位精度。
图1 基本原理
实验结果
仿真验证了基于月球反射太阳震荡和太阳帆板反射太阳震荡的多路径导航方法的性能。结果表明，基于月球反射太阳震荡的多路径导航方法的定位误差可达公里级，而本文所提方法的定位精度可以控制在100m以内，能有效提升定位精度。
(a) 位置误差
(b) 速度误差
图2 FY-1导航性能
