【摘要】： 隨著電子對(duì)抗技術(shù)和航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展,空間信息獲取及對(duì)抗在現(xiàn)代化的高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,從而,對(duì)空間信息系統(tǒng)載體——衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定和跟蹤就成了亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。鑒于采用天基平臺(tái)對(duì)衛(wèi)星目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)可以不受大氣、時(shí)間和國(guó)界的影響限制,并且單站無(wú)源的觀測(cè)方式具有隱蔽性強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、作用距離遠(yuǎn)和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),利用單顆衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)衛(wèi)星目標(biāo)的無(wú)源定軌跟蹤(單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤)技術(shù)研究就成為具有重要意義的課題。在總結(jié)單站無(wú)源定位技術(shù)和衛(wèi)星軌道力學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上,論文對(duì)基于空域和頻域觀測(cè)信息的單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤所涉及的理論方法及關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究。 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)建模是單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤研究的前提。在定義適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系統(tǒng)和研究相關(guān)衛(wèi)星軌道理論的基礎(chǔ)上,建立了衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的力學(xué)模型和基于F/G級(jí)數(shù)的狀態(tài)遞推F-G模型。該模型以對(duì)二體運(yùn)動(dòng)的精確描述為特點(diǎn),具有比其它近似遞推模型更高的準(zhǔn)確性。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn),綜述了只測(cè)角單星對(duì)星無(wú)源定軌的可觀測(cè)性研究,并引入完全可觀測(cè)的結(jié)論。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型的建立和只測(cè)角定軌可觀測(cè)結(jié)論的引入,為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。 論文研究了只測(cè)角條件下和聯(lián)合測(cè)角與測(cè)頻條件下的單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤方法�；谇懊娼o出的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型,對(duì)單星對(duì)星無(wú)源定軌系統(tǒng)進(jìn)行建模,繼而提出基于準(zhǔn)確狀態(tài)模型的只測(cè)角單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤方法。接著,在只測(cè)角的基礎(chǔ)上引入頻率觀測(cè)量,提出基于準(zhǔn)確狀態(tài)模型的聯(lián)合測(cè)角與測(cè)頻的單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤方法,顯著提高了只測(cè)角定軌方法的精度和收斂速度。與已有的基于泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)近似模型的方法相比,由于模型準(zhǔn)確性更高,論文的只測(cè)角和聯(lián)合測(cè)角與測(cè)頻兩種定軌方法具有更優(yōu)的性能,且運(yùn)算復(fù)雜度相當(dāng)。 論文接著研究了基于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理的單星對(duì)星無(wú)源測(cè)距和定軌跟蹤方法。針對(duì)單星對(duì)星無(wú)源定軌背景的特點(diǎn),推導(dǎo)無(wú)源測(cè)距方程并給出具體解法,實(shí)現(xiàn)了單星對(duì)星無(wú)源測(cè)距。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合測(cè)距分解觀測(cè)模型,提出一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)原理的單星對(duì)星無(wú)源測(cè)距定軌跟蹤方法,可實(shí)現(xiàn)快速定位。進(jìn)一步將徑向速度觀測(cè)量引入觀測(cè)量集并直接參與遞推濾波計(jì)算,提出基于徑向運(yùn)動(dòng)信息的單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤方法。除具有收斂速度快的優(yōu)點(diǎn)外,該方法還具有很高的定軌精度,可用于要求快速和高精度的無(wú)源定軌場(chǎng)合。 然后,鑒于單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤問(wèn)題的非線性本質(zhì)和遞推濾波算法對(duì)定軌的重要作用,論文對(duì)非線性濾波問(wèn)題進(jìn)行了研究。從函數(shù)解析近似的思路出發(fā),分析了EKF(Extended Kalman Filtering)及其改進(jìn)算法的性能特點(diǎn),針對(duì)其不足,對(duì)基于Stirling插值多項(xiàng)式近似的差分濾波算法DDF(Divided Difference Filtering)進(jìn)行了深入研究。根據(jù)單星對(duì)星無(wú)源定軌背景的加性噪聲特點(diǎn),提出一種適合實(shí)時(shí)應(yīng)用的簡(jiǎn)化差分濾波算法SDDF(Simplified DDF),降低了運(yùn)算復(fù)雜度。針對(duì)單星對(duì)星無(wú)源定軌系統(tǒng)可觀測(cè)性弱和觀測(cè)誤差大的問(wèn)題,將最大似然迭代策略與DDF相結(jié)合,提出一種迭代差分濾波算法IDDF(Iterated DDF)。該方法迭代過(guò)程以似然概率增加為準(zhǔn)則,在改善跟蹤濾波精度和收斂速度的同時(shí),算法穩(wěn)定性也得到較大程度提高。 本文系統(tǒng)地研究了基于空頻域信息的單星對(duì)星無(wú)源定軌跟蹤涉及的關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題,提出了相應(yīng)的解決方法和結(jié)論,相關(guān)研究成果具有較強(qiáng)的理論意義和一定的工程意義。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：P135;TN971
【圖文】：

量坐標(biāo)系以衛(wèi)星本體為中心，符合測(cè)測(cè)量坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸的指向是不何旋轉(zhuǎn)，只要已知站心在 J2000.0 地角，都可以將站心測(cè)量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為 旋轉(zhuǎn)將使得定軌方法推導(dǎo)和相關(guān)計(jì)算J2000.0 地心慣性坐標(biāo)系固定的站心直為坐標(biāo)原點(diǎn)sO ，以過(guò)站心的與 J2000在基本平面內(nèi)與 J2000.0 地心慣性坐平面內(nèi)與 J2000.0 地心慣性坐標(biāo)系eOs s Y 軸垂直并構(gòu)成右手坐標(biāo)系。這里定性坐標(biāo)系為參考的，稱此坐標(biāo)系為衛(wèi)e e Z為 J2000.0 地心慣性坐標(biāo)系，s O

cosi (或動(dòng)量矩積分)，包含了h，i，Ω三個(gè)了衛(wèi)星軌道平面的空間方向。微分方程(2-17)兩邊叉乘位置矢量r后將關(guān)于衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的三元二階微分方為常矢量，則可推斷出衛(wèi)星是在軌道確定。因此，下面在軌道平面內(nèi)求解指向升交點(diǎn) N，將 OX 軸順著衛(wèi)星 S。在此平面內(nèi)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)微分方程為3300x xry yrμμ + = + =

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2713326