精密分布式卫星导航：基于传感器耦合的差分GPS整周模糊度解算

精密相对导航是分布式卫星实现单体航天器无法完成的新型任务目标的关键赋能技术。采用整周模糊度解算（IAR）的载波相位差分GPS（CDGPS）是实现厘米级精度的高精度交会、邻近操作与对接（RPOD）、在轨服务、组装与制造（ISAM）以及卫星编队飞行与集群的有前景手段。然而，IAR对接收到的GPS信号噪声敏感，尤其在严重多径或高热噪声下。本文提出一种传感器融合方法，通过两个耦合阶段在此类条件下实现IAR。松耦合阶段通过扩展卡尔曼滤波器将CDGPS测量值与星载传感器测量值（如交联链路测距和基于视觉的方位角）融合。第二个紧耦合阶段利用这些外部传感器测量值的噪声加权观测减计算残差构成的软约束函数，增广整数加权最小二乘最小化的代价函数。整数接受检验经经验性修正以反映增加的约束。采用部分IAR逐步完成整数固定。这些提出的技术被封装为可上星软件，其真值由斯坦福空间交会实验室的S3库通过包含相关误差源的最先进力模型仿真得到，并在两种场景中验证：（1）涉及近地轨道交会 docking 的高多径场景；（2）地球静止轨道邻近操作期间仅依赖GPS旁瓣信号的高热噪声场景。本研究证明了在上述两种情况下使用所提传感器融合方法均成功实现IAR，从而展示了在恶劣信噪比条件下高精度状态估计的潜力。