發(fā)布時(shí)間：2020-07-26 09:09

【摘要】：衛(wèi)星定軌技術(shù)研究一直都是航天領(lǐng)域的重要課題之一,在導(dǎo)航定位、衛(wèi)星控制等眾多方面具有重要的意義。衛(wèi)星定軌技術(shù)大部分都為光學(xué)、干涉測(cè)角和GPS輔助定軌等,而通過(guò)地面站直接對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行無(wú)源定軌的方法較為局限,值得進(jìn)一步研究。同時(shí),同步軌道衛(wèi)星距離地球表面較遠(yuǎn),它的運(yùn)動(dòng)受各種攝動(dòng)力的影響,定軌精度難以保證。本文就提出了一種基于時(shí)差的衛(wèi)星定軌方案,僅需要依靠3個(gè)地面站測(cè)量的時(shí)差數(shù)據(jù)就能確定同步軌道衛(wèi)星初軌,該方案主要通過(guò)構(gòu)建衛(wèi)星軌道方程把3站時(shí)差的欠定問(wèn)題補(bǔ)充完整,仿真實(shí)驗(yàn)表明定軌誤差在百米級(jí)別。本文研究的內(nèi)容主要包含以下幾點(diǎn):1.研究天體運(yùn)動(dòng)中常見的時(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng),編程實(shí)現(xiàn)了IAU1980標(biāo)準(zhǔn)下的參考系轉(zhuǎn)換過(guò)程并驗(yàn)證其中的轉(zhuǎn)換誤差。研究了由天體動(dòng)力學(xué)原理推導(dǎo)出的衛(wèi)星六個(gè)軌道根數(shù),以此實(shí)現(xiàn)了各種不同的衛(wèi)星軌道模型,通過(guò)對(duì)各種軌道的對(duì)比實(shí)驗(yàn)選取了適合衛(wèi)星定軌中使用的衛(wèi)星軌道模型。2.推導(dǎo)出了時(shí)差方程關(guān)于衛(wèi)星軌道根數(shù)的CRB界求解公式,并使用CRB界變換引理把該CRB界轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星位置的CRB界。接著通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)討論了地面站個(gè)數(shù)、衛(wèi)星軌道模型、時(shí)差噪聲強(qiáng)度、積累時(shí)長(zhǎng)和數(shù)據(jù)間隔對(duì)衛(wèi)星定軌CRB界的影響,在一定程度上驗(yàn)證了該方案的可行性。3.推導(dǎo)了牛頓法對(duì)時(shí)差方程組的求解公式,并改進(jìn)了時(shí)差方程組以減小模型誤差對(duì)軌道根數(shù)求解結(jié)果的影響,最終提出了一種可實(shí)現(xiàn)的衛(wèi)星定軌方案。該方案主要包括初值確定、根數(shù)解算、軌道擬合、參數(shù)更新這四個(gè)步驟。通過(guò)求解軌道根數(shù)估計(jì)值的RMSE驗(yàn)證牛頓法對(duì)它們解算的準(zhǔn)確度,再利用定軌方案對(duì)衛(wèi)星不同的軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,并修改不同的實(shí)驗(yàn)條件確定了該方案的擬合誤差符合定軌需求。4.針對(duì)同步軌道衛(wèi)星在定軌過(guò)程中存在的多個(gè)問(wèn)題提出了解決方案:避免了求解軌道半長(zhǎng)軸時(shí)帶入信息矩陣的奇異性;調(diào)整了搜索對(duì)象來(lái)消除近圓軌道產(chǎn)生的近地點(diǎn)模糊的問(wèn)題;使用時(shí)間積累提高了方程組方程數(shù);通過(guò)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重疊時(shí)間處理,解決了擬合軌道中可能出現(xiàn)的發(fā)散問(wèn)題。5.為衛(wèi)星定軌算法編寫了可視化的用戶界面。該界面簡(jiǎn)化了用戶的操作,方便快捷地對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行定軌解算。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V412.41;V52
【圖文】：

近地點(diǎn)幅角（Argument of Perigee）偏近點(diǎn)角（ Eccentric Anomaly ） a ,e確定了軌道橢圓的大小和軌道橢圓的形狀，而 i , 和 是軌道平參數(shù)和軌道橢圓的方向參數(shù)。i是赤道面與軌道平面的交角，當(dāng)它大于從北往南觀察是沿順時(shí)針運(yùn)動(dòng)的， 是從春分點(diǎn)到升交點(diǎn)的交角，從逆時(shí)針方向?yàn)檎较�，這兩個(gè)根數(shù)決定了衛(wèi)星軌道平面的方位情況；方向的極角，一般指以衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较�，從升交點(diǎn)到近地點(diǎn)的個(gè)軌道根數(shù)為衛(wèi)星經(jīng)過(guò)近地點(diǎn)的時(shí)刻pt ，但它通常是被三種近點(diǎn)角分別為真近點(diǎn)角 （或 f ）、平近點(diǎn)角M 和偏近點(diǎn)角E 。真近點(diǎn)角 星的向徑從近地點(diǎn)起沿軌道運(yùn)動(dòng)方向掃過(guò)的角度，而常用的平近點(diǎn)角 E 都是為了方便描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)位置所構(gòu)建的輔助角度，它們可以向相互轉(zhuǎn)換， ( ) sinpM n t t E e E。三種近點(diǎn)角都隨 t 而變化，以它們又被稱為時(shí)間根數(shù)。我們后面所采用的衛(wèi)星六個(gè)軌道根數(shù)大 , , , , )Te i E，如有其它含義會(huì)做出解釋。為了方便理解，圖 2-3 衛(wèi)中標(biāo)注出了各個(gè)軌道根數(shù)在實(shí)際情況中的具體表示[31]。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的搜索范圍及搜索間隔。（c）模塊包括數(shù)據(jù)操作部分和顯示面板，其中數(shù)據(jù)操作部分主要是用于修改定軌過(guò)程中的一些參量，包括時(shí)差噪聲，積累時(shí)長(zhǎng)，擬合數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)，數(shù)據(jù)間隔時(shí)長(zhǎng)；在顯示面板中羅列出了各個(gè)解算參量的值以及地面站的設(shè)置情況，并且在每次操作后都會(huì)顯示出該操作的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行結(jié)果，方便用戶判斷當(dāng)前狀況；在顯示面板下方便是操作按鈕，包括站址坐標(biāo)設(shè)置，初值搜索，擬合軌道，數(shù)據(jù)保存。而對(duì)于站址坐標(biāo)設(shè)置，會(huì)彈出另一個(gè)界面進(jìn)行單獨(dú)操作，如圖 4-10所示。

站址坐標(biāo)設(shè)置界面

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本文編號(hào)：2770564