1.一种基于低轨稀疏星座的蓝绿激光对潜艇高精度定位方法,其特征在于,包括:
s1、根据低轨星座对潜艇定位解算、覆盖面积、覆盖时长的需求设计由三颗卫星组成的低轨稀疏星座;
s2、组成所述低轨稀疏星座的低轨卫星发送蓝绿激光信号,所述激光信号包括测距标识和测试时刻的计时信息;
s3、待测潜艇采集所述激光信号,解调出所述测距标识和测试时刻的计时信息;
待测潜艇依据所述测距标识和计时信息,结合本地时标,同步得到所述测试时刻的计时信息在本地时标下所映射的时刻;
s4、根据所述测试时刻的计时信息进行伪距测量;
s5、经过采样间隔时间,重复执行s1-s4,得到两个测试时刻的伪测距值,根据低轨卫星在所述测量时刻的位置坐标和潜艇的高程测量值,计算得到潜艇的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于低轨稀疏星座的蓝绿激光对潜艇高精度定位方法,其特征在于,所述低轨稀疏星座的参数为:
可见轨道高度为900-1000km,轨道倾角为20°,升交点赤经分别为0°、20°和40°,真近点角分别为0°、5°和330°。
3.根据权利要求1所述的一种基于低轨稀疏星座的蓝绿激光对潜艇高精度定位方法,所述s4包括:
假设卫星与潜艇间存在时差δt
δt<min(τtn+rnm+τrm,τtm+rmn+τrn)
其中,发送时延为τt、接收时延为τr,rnm为测距对象之间的距离,即卫星和潜艇的距离,m,n表征了两个潜艇和卫星两个测距对象,实际计时信息可以表示为:
tm为星上计时信息,tn为卫星计时信息;
则测距体制为
将测距体制r标记为所述伪距测量。
4.根据权利要求1所述的一种基于低轨稀疏星座的蓝绿激光对潜艇高精度定位方法,在所述s5中,潜艇位置的解算方法包括:
所述伪测距值和潜艇的高程测量值为:
式中,ρt,i表示t1,t2时刻第i个卫星的伪距观测值,(xt,i,yt,i,zt,i)(t=t1,t2;i=1,2,3)为3颗卫星在ecef(earth-centered,earth-fixed地心地固坐标系)坐标系下的位置坐标,δtμ为潜艇与卫星间等效钟差距离,re为地球半径,f为地球偏心率,h为潜艇在ecef坐标系下的高程测量结果,εi表示伪距测量过程中激光在空气、水下传播、测量间隔期间的组合误差,ε表示高程测量误差,xu、yu、zu分别为潜艇坐标的三维坐标值;
其中,待估计量包括xu、yu、zu、δtμ,将方程组(1)中的非线性方程在[xk-1,δtu,k-1]t处进行线性化,k-1表示迭代历元,xk-1为第k-1个历元的待估计参数,t表示矩阵转置,其中对所述待估计量的偏导数矩阵g和偏差输出量矩阵b如下所示:
上标s表示卫星,下标u表示用户代号,计算出偏导数矩阵g和偏差输出量矩阵b后,利用最小二乘法求解位置改正量δxu和激光接收机钟差改正量δδtu,如式(2)所示,
[δxu,δδtu]=(gtg)-1gtb(2)
并利用位置改正量δxu和激光接收机钟差改正量dδtu修正位置和接收机钟差估计值,如式(3)所示,
xu,k-1、δtu,k-1与xu,k、δtu,k分别表示k-1历元与当前k历元的位置、钟差估计参数,δxu,δδtu表示k-1历元到当前k历元的修正量;当修正量满足设定的精度要求或迭代次数达到迭代上限则输出潜艇坐标xu=[xu,yu,zu]和激光接收机钟差δtu。