自主导航是已成为多个卫星导航系统设计的必备功能之一，如GPS IIR及其后续系统、GLONASS－K及后续卫星、欧洲的Galileo 导航系统等，我国也制定了自主导航发展规划。自主定轨是自主导航的核心功能，算法的精度、计算效率和对地面的依赖程度是至关重要的关键科学问题。这项研究突破了传统高精度集中式算法计算效率有限的劣势，并大大减弱了对地面的依赖程度，在自主导航领域取得重要进展。

该研究题为《基于星间测距的导航卫星自主定轨新算法》，发表在《中国科学：物理学 力学 天文学》中文版2015年第7期，由中国科学院上海天文台胡小工（通讯作者）、陈艳玲和周善石等多家单位共9位研究人员联合完成。该研究设计了新的自主定轨算法，极大降低了对星载计算机处理能力的需求，同时又保持了较高的定轨精度和稳定性。

自主定轨的信息处理需要克服时空基准漂移与星上计算机处理能力受限两个困难。时空基准漂移已有手段解决，而对于星载计算机处理能力受限，目前的研究设计了不同于地面的近实时处理算法，多为分布式自主定轨算法。但该算法在节省计算资源的同时，存在协方差矩阵的病态以及测量数据异常带来的滤波发散与精度指标快速下降的问题。集中式算法稳定、可靠，且精度高，但所有卫星的数据集中处理，而且定轨过程涉及复杂的动力学模型，因此会消耗非常多的计算资源，对星载计算机的运算能力要求甚高。

针对上述让人纠结的问题，研究人员提出一种计算速度可与分布式算法媲美，而计算精度和稳定性又与集中式算法相当的新算法，即快速集中式算法。该算法借助于空时分多址（STDMA，Spaceand time Division Multiple Access）体制高频、连续的星间链路测量能力以及高精度的星间链路伪距测量技术，将卫星的理论轨道与预报轨道的差异描述为多次曲线，利用星间测量的几何约束和预报轨道轨道根数的约束实现了对该差异的最优估计。由于新算法模型简洁，因此极大节约了星上存储和计算资源，计算量理论上仅为常用分布式算法的七分之一。此外，在算法设计上，还充分利用了长期预报轨道信息，把对地面的依赖程度降低到较低水平。

胡小工研究员指出，这项研究开创了自主导航的新思路，具有十分重要的科学意义和应用价值。

该研究得到了国家自然科学基金（No.11103068, No.11203059）、大地测量与地球动力学国家重点实验室项目（No. SKLGED2014-4-5-E）和上海市空间导航与定位技术重点实验室（No. 12DZ2273300）项目资助。

更多详情请阅原文：

陈艳玲，胡小工，周善石，宋小勇，黄勇，毛悦，黄珹，常志巧，吴杉，基于星间测距的导航卫星自主定轨新算法，中国科学，2015，7：079511

http://phys.scichina.com:8083/sciG/CN/abstract/abstract517784.shtml

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