This article proposes a method to decentralize the navigation burden and improve the fault tolerance for a spacecraft constellation. The constellation body reference system is introduced, which is the perifocal frame of one satellite in the constellation. The structure of the proposed navigation method is constructed to enable each spacecraft to estimate its own orbit in this body reference system. This step is essentially the relative orbit determination (OD) based on inter-satellite range measurements. Thereafter, the approach to transfer an orbit from the constellation body reference system to an inertial reference system is developed. The essential requirements on absolute measurements to realize the coordinate transfer are presented. By dividing the absolute OD into relative OD and coordinate transfer, each navigation subsystem operated in a spacecraft can be independent with others, and the absolute measurements collected by any spacecraft can contribute to the absolute OD of the whole constellation. The proposed method applies to constellations in any geometric configuration. A Walker constellation is taken as an example for numerical simulations. The results show that the proposed method has a lower computation burden compared to an integrated navigation system. With the same type of absolute measurements, the proposed method has higher accuracy and convergence velocity than conventional decentralized algorithms. When a spacecraft occurs with fault, the orbit results of other spacecraft are not affected using the proposed method, which is beyond the ability of conventional methods.

中文翻译：

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航天器星座的完全分散合作导航

本文提出了一种分散导航负担并提高航天器星座容错能力的方法。介绍了星座体参考系，即星座中一颗卫星的近焦框。所提出的导航方法的结构被构建为使每个航天器能够在这个身体参考系统中估计自己的轨道。这一步本质上是基于星间距离测量的相对轨道确定 (OD)。此后，开发了将轨道从星座体参考系转移到惯性参考系的方法。提出了实现坐标传递的绝对测量的基本要求。通过将绝对OD分为相对OD和坐标传递，航天器中运行的每个导航子系统都可以相互独立，任何航天器收集的绝对测量值都可以对整个星座的绝对OD做出贡献。所提出的方法适用于任何几何配置中的星座。以沃克星座为例进行数值模拟。结果表明，与组合导航系统相比，所提出的方法具有较低的计算负担。在相同类型的绝对测量下，所提出的方法比传统的分散算法具有更高的精度和收敛速度。当一个航天器出现故障时，使用该方法不影响其他航天器的轨道结果，这超出了常规方法的能力。任何航天器收集的绝对测量值都可以对整个星座的绝对 OD 做出贡献。所提出的方法适用于任何几何配置中的星座。以沃克星座为例进行数值模拟。结果表明，与组合导航系统相比，所提出的方法具有较低的计算负担。在相同类型的绝对测量下，所提出的方法比传统的分散算法具有更高的精度和收敛速度。当一个航天器出现故障时，使用该方法不影响其他航天器的轨道结果，这超出了常规方法的能力。任何航天器收集的绝对测量值都可以对整个星座的绝对 OD 做出贡献。所提出的方法适用于任何几何配置中的星座。以沃克星座为例进行数值模拟。结果表明，与组合导航系统相比，所提出的方法具有较低的计算负担。在相同类型的绝对测量下，所提出的方法比传统的分散算法具有更高的精度和收敛速度。当一个航天器出现故障时，使用该方法不影响其他航天器的轨道结果，这超出了常规方法的能力。所提出的方法适用于任何几何配置中的星座。以沃克星座为例进行数值模拟。结果表明，与组合导航系统相比，所提出的方法具有较低的计算负担。在相同类型的绝对测量下，所提出的方法比传统的分散算法具有更高的精度和收敛速度。当一个航天器出现故障时，使用该方法不影响其他航天器的轨道结果，这超出了常规方法的能力。所提出的方法适用于任何几何配置中的星座。以沃克星座为例进行数值模拟。结果表明，与组合导航系统相比，所提出的方法具有较低的计算负担。在相同类型的绝对测量下，所提出的方法比传统的分散算法具有更高的精度和收敛速度。当一个航天器出现故障时，使用该方法不影响其他航天器的轨道结果，这超出了常规方法的能力。在相同类型的绝对测量下，所提出的方法比传统的分散算法具有更高的精度和收敛速度。当一个航天器出现故障时，使用该方法不影响其他航天器的轨道结果，这超出了常规方法的能力。在相同类型的绝对测量下，所提出的方法比传统的分散算法具有更高的精度和收敛速度。当一个航天器出现故障时，使用该方法不影响其他航天器的轨道结果，这超出了常规方法的能力。