本文關(guān)鍵詞：地球同步軌道衛(wèi)星自主導航問題研究

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【摘要】：本文主要解決地球同步軌道衛(wèi)星自主導航有關(guān)問題。這可使得衛(wèi)星能夠不依靠于地面設(shè)備而獲得導航信息,具有重要的戰(zhàn)略意義。主要依靠日地月信息來設(shè)計導航算法,并在DSP中驗證了導航算法的工程可實現(xiàn)性。首先對衛(wèi)星自主導航技術(shù)和DSP技術(shù)的目前發(fā)展狀況進行了調(diào)研。考慮多種攝動的情況下建立了精確的衛(wèi)星軌道計算動力學模型。在GTO段,為保證日月實時可見,對敏感器安裝和GTO轉(zhuǎn)移窗口進行了設(shè)計。由敏感器的輸出,并綜合考慮月虧和地球扁率,確定了衛(wèi)星到日地月的方向矢量。以軌道動力學模型為狀態(tài)方程,以星日與星地方向矢量夾角余弦和星月與星地方向矢量夾角余弦為觀測量建立量測方程,從而建立了日地月導航卡爾曼濾波器。自主導航初始參數(shù)需依靠衛(wèi)星獨立確定,考慮月球距離有限性,提出了初始軌道參數(shù)的確定方法。GEO入軌段采用慣性導航,在進入GEO段之前需進行慣導的在線修正,以確保慣性導航有足夠的精度。在地心慣性系下建立了捷聯(lián)慣導系統(tǒng)解算模型,并推導了誤差傳播方程。依據(jù)誤差傳播方程建立狀態(tài)方程,以慣導解算的速度與姿態(tài)和GTO段導航輸出的速度與姿態(tài)的偏差為觀測量,從而建立了在線修正卡爾曼濾波器。GEO入軌機動初始位置和速度由GTO段導航確定,姿態(tài)由在線修正確定,慣導解算時需先對慣性器件常值漂移進行修正。GEO段仍采用日地月方位信息進行導航,此段時間非常長,衛(wèi)星將處于不同的日月關(guān)照條件下,分別為日月可見、日月不可見、僅太陽不可見和僅月球不可見,為保證導航的實時精確性,借助姿態(tài)確定系統(tǒng)的一個星敏感器,針對不同的情況分別建立濾波器量測方程。最后,對所設(shè)計的全程導航算法進行了數(shù)值仿真分析,仿真結(jié)果表明導航算法能夠達到精度要求。為確保所設(shè)計的導航算法具有工程可實現(xiàn)性,本文進行了導航算法的DSP實現(xiàn)。所用仿真器為SEED-XDS510PLUS,芯片為SEEDDEC138。介紹了DSP仿真的流程,最后仿真結(jié)果表明導航算法有足夠的精確性和實時性。
【關(guān)鍵詞】：日地月 自主導航 卡爾曼濾波 慣性導航 DSP
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題的來源及研究目的和意義10
• 1.2 衛(wèi)星自主導航技術(shù)研究現(xiàn)狀10-19
• 1.2.1 基于導航衛(wèi)星系統(tǒng)的自主導航10-14
• 1.2.2 天文導航14-19
• 1.2.3 慣性導航19
• 1.3 DSP技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀19-20
• 1.4 論文主要內(nèi)容20-21
• 第2章 衛(wèi)星軌道動力學建模21-25
• 2.1 引言21
• 2.2 常用坐標系及轉(zhuǎn)換關(guān)系21-22
• 2.2.1 常用坐標系21-22
• 2.2.2 坐標系間轉(zhuǎn)換關(guān)系22
• 2.3 時間系統(tǒng)22-23
• 2.4 軌道動力學模型23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 GTO軌道上衛(wèi)星自主導航25-38
• 3.1 引言25
• 3.2 敏感器安裝25-26
• 3.3 GTO轉(zhuǎn)移窗口選擇26-27
• 3.4 星間方向矢量確定27-34
• 3.4.1 星日方向矢量確定27-28
• 3.4.2 考慮非滿月的星月方向矢量確定28-30
• 3.4.3 星地方向矢量粗確定30-32
• 3.4.4 考慮地球扁率的星地方向矢量精確確定32-34
• 3.5 GTO段導航狀態(tài)方程和量測方程建立34-36
• 3.5.1 狀態(tài)方程建立34
• 3.5.2 量測方程建立34
• 3.5.3 擴展卡爾曼濾波基本理論34-36
• 3.6 初始軌道參數(shù)確定36-37
• 3.7 本章小結(jié)37-38
• 第4章 GEO入軌及GEO軌道自主導航38-49
• 4.1 引言38
• 4.2 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)解算模型38-39
• 4.2.1 姿態(tài)更新方程38-39
• 4.2.2 速度更新方程39
• 4.2.3 位置更新方程39
• 4.3 捷聯(lián)慣導誤差傳播方程建立39-41
• 4.3.1 姿態(tài)誤差傳播方程39-40
• 4.3.2 速度誤差傳播方程40
• 4.3.3 位置誤差傳播方程40-41
• 4.4 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)在線修正建模41-43
• 4.4.1 狀態(tài)方程建立41-42
• 4.4.2 量測方程建立42-43
• 4.4.3 離散型卡爾曼濾波基本理論43
• 4.5 GEO入軌段慣性導航43-44
• 4.6 GEO段自主導航44-48
• 4.6.1 日（月）不可見情況分析44-46
• 4.6.2 狀態(tài)方程建立46-47
• 4.6.3 量測方程建立47-48
• 4.7 本章小結(jié)48-49
• 第5章 導航仿真分析及算法的DSP實現(xiàn)49-66
• 5.1 引言49
• 5.2 導航算法數(shù)值仿真分析49-58
• 5.2.1 GTO段導航數(shù)值仿真49-53
• 5.2.2 GEO入軌前在線修正數(shù)值仿真53-55
• 5.2.3 GEO入軌慣性導航數(shù)值仿真55
• 5.2.4 GEO段導航數(shù)值仿真55-58
• 5.3 DSP相關(guān)介紹58-61
• 5.3.1 所用設(shè)備簡介58-59
• 5.3.2 CMD文件編寫及存儲器分配59-60
• 5.3.3 數(shù)據(jù)的導入和導出60-61
• 5.4 DSP仿真與分析61-65
• 5.4.1 DSP仿真流程61-62
• 5.4.2 DSP仿真結(jié)果及分析62-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-73
• 致謝73

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本文編號：1088792