近地轨道微小卫星所在位置地磁场强度的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天器所在位置地磁场强度的确定方法，属于航天器姿态控制技术领 域。
【背景技术】
[0002] 解算地磁场强度对于近地轨道微小卫星姿态控制系统具有重要意义。在姿态确定 方面，解算出特定坐标系下的地磁场方向矢量，可配合其他矢量（如太阳相对于微小卫星 的位置矢量等）进行双矢量定姿；在姿态机动方面，可以通过磁力矩器将地磁力矩作为环 境力矩加以利用，用以提供姿态控制力矩，或为飞轮卸载等。很多微小卫星的姿控系统是由 星载GPS提供自身在J2000坐标系下的速度、位置以及时间信息（UTC)，进行姿态确定与机 动。然而目前还没有一种能够根据近地轨道微小卫星在J2000坐标系下的位置、速度以及 UTC信息解算其所在位置的地磁场强度与方向的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决目前还没有一种能够根据近地轨道微小卫星在J2000坐标系下 的位置、速度以及UTC信息解算其所在位置的地磁场强度与方向的方法的问题。
[0004] 近地轨道微小卫星所在位置地磁场强度的确定方法，包括以下步骤：
[0005] 步骤一、在已知近地微小卫星在J2000坐标系下的速度、位置，以及格林尼 治年、月、日信息以及协调世界时UTC(CoordinateUniversalTime)的前提下，通 过岁差转换矩阵P和地球自转转换矩阵R求得由J2000坐标系到地心地固坐标系 (Earth-Centered,Earth-FixedCoordinateSystem)，简称ECEF，的坐标转换矩阵W，进而 将微小卫星的速度、位置矢量在ECEF下表示出来；
[0006] 步骤二、根据微小卫星在ECEF下的位置，利用反三角函数以及经炜度象限条件求 得微小卫星所在位置的地心经度A、地心炜度供与地心距Rd;
[0007]步骤三、利用国际地磁参考场（InternationalGeomagneticReferenceField， 简称IGRF) 2010年更新的地磁场球谐系数，根据地磁场位函数理论，将地磁场的磁位表达 出来；
[0008] 步骤四、对地磁场的磁位求偏导，得到地磁场的北向分量、东向分量与垂直分量， 将地磁场强度B在北东地坐标系下表达出来；
[0009] 步骤五、利用J2000坐标系下微小卫星的位置和速度，解算出北东地坐标系与轨 道坐标系之间的夹角a，可得北东地坐标系与轨道坐标系之间的坐标转换矩阵，进而得到 微小卫星所在位置的地磁场强度在轨道坐标系下的表达式。
[0010] 本发明具有以下有益效果：本发明提出了一种根据近地轨道微小卫星在J2000坐 标系下的位置、速度以及UTC信息，解算其所在位置的地磁场强度与方向，并将其在轨道坐 标系中表示出来的方法。用本发明提供的方法解算出的轨道坐标系下微小卫星所在位置的 地磁场强度（N= 6时），与利用STK生成的相同轨道参数下的地磁场强度，有很高的吻合 度，地磁场强度的指向精度平均误差不超过0.5°，最高不超过2.3°。
【附图说明】
[0011] 图1近地轨道微小卫星所在位置地磁场强度的确定方法流程图；
[0012] 图2地磁场B orbit_uni_x与B"bit_STK_x对比效果图；
[0013]图3地磁场BOTbitmiy与BOTbitSTKy对比效果图；
[0014]图4地磁场BOTbitmi』与BOTbitSTKz对比效果图；
[0015] 图5地磁场强度单位矢量方向的指向误差效果图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0016] 一：近地轨道微小卫星所在位置地磁场强度的确定方法，于包括以 下步骤：
[0017] 步骤一、在已知近地微小卫星在J2000坐标系下的速度、位置，以及格林尼 治年、月、日信息以及协调世界时UTC(CoordinateUniversalTime)的前提下，通 过岁差转换矩阵P和地球自转转换矩阵R求得由J2000坐标系到地心地固坐标系 (Earth-Centered,Earth-FixedCoordinateSystem)，简称ECEF，的坐标转换矩阵W，进而 将微小卫星的速度、位置矢量在ECEF下表示出来；
[0018] 步骤二、根据微小卫星在ECEF下的位置，利用反三角函数以及经炜度象限条件求 得微小卫星所在位置的地心经度A、地心炜度W与地心距Rd;
[0019]步骤三、利用国际地磁参考场（InternationalGeomagneticReferenceField， 简称IGRF) 2010年更新的地磁场球谐系数，根据地磁场位函数理论，将地磁场的磁位表达 出来；
[0020] 步骤四、对地磁场的磁位求偏导，得到地磁场的北向分量、东向分量与垂直分量， 将地磁场强度B在北东地坐标系下表达出来；
[0021] 步骤五、利用J2000坐标系下微小卫星的位置和速度，解算出北东地坐标系与轨 道坐标系之间的夹角a，可得北东地坐标系与轨道坐标系之间的坐标转换矩阵，进而得到 微小卫星所在位置的地磁场强度在轨道坐标系下的表达式。
【具体实施方式】 [0022] 二：本实施方式的步骤一的具体操作步骤如下：
[0023] 首先给出J2000坐标系与ECEF的定义：
[0024]J2000坐标系：坐标原点0J2_位于地心，x 轴指向J2000. 0平春分点，zJ2_轴向 北指向J2000. 0平赤道的极点，y12_轴与x12_、z,。。轴构成右手系J2000. 0指的是2000 年 1 月 1 日 12 :00 :00TDB;
[0025]ECEF:坐标原点0EC；EF位于地心，x^^轴在赤道面上并指向格林尼治子午线方向， zEC；EF轴垂直于赤道面指向北极，yEC；EF轴与xEeEF轴、zEeEF轴形成右手系；
[0026]由J2000坐标系到ECEF需进行四次坐标转换，依次为岁差转换，章动转换，地球自 转转换，地球极移转换；本方法只考虑在由J2000坐标系到ECEF的坐标转换中起决定性作 用的岁差转换矩阵（记为P)与地球自转转换矩阵（记为R);
[0027] 岁差转换矩阵P的求取如下：
[0028] 首先利用UTC求取儒略日JD:
[0029]
【主权项】
1. 近地轨道微小卫星所在位置地磁场强度的确定方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤一、在已知近地微小卫星在J2000坐标系下的速度、位置，以及格林尼治年、月、 日信息以及协调世界时UTC的前提下，通过岁差转换矩阵P和地球自转转换矩阵R求得由J2000坐标系到地心地固坐标系，简称ECEF，的坐标转换矩阵W，进而将微小卫星的速度、位 置矢量在ECEF下表示出来； 步骤二、根据微小卫星在ECEF下的位置，利用反三角函数以及经炜度象限条件求得微 小卫星所在位置的地心经度A、地心炜度p与地心距Rd; 步骤三、利用国际地磁参考场2010年更新的地磁场球谐系数，根据地磁场位函数理 论，将地磁场的磁位表达出来； 步骤四、对地磁场的磁位求偏导，得到地磁场的北向分量、东向分量与垂直分量，将地 磁场强度B在北东地坐标系下表达出来； 步骤五、利用J2000坐标系下微小卫星的位置和速度，解算出北东地坐标系与轨道坐 标系之间的夹角a，可得北东地坐标系与轨道坐标系之间的坐标转换矩阵，进而得到微小 卫星所在位置的地磁场强度在轨道坐标系下的表达式。
2. 根据权利要求1所述的近地轨道微小卫星所在位置地磁场强度的确定方法，其特征 在于：步骤一的具体操作步骤如下： 岁差转换矩阵P的求取如下： 首先利用UTC求取儒略日JD:
其中：year，month，day分别为格林尼治年、月、日，hour，