本文關(guān)鍵詞：導(dǎo)航星座自主定軌的自適應(yīng)處理與基準(zhǔn)問題研究

  更多相關(guān)文章： 自主定軌 星間測量 抗差自適應(yīng)估計 卡爾曼濾波 星座基準(zhǔn)

【摘要】：利用星間測量技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航衛(wèi)星自主定軌是目前導(dǎo)航領(lǐng)域研究的熱點問題之一。本文主要圍繞基于星間測量的導(dǎo)航星座自主定軌中的自適應(yīng)處理與基準(zhǔn)問題展開研究,具體工作如下：(1)導(dǎo)航星座分布式濾波定軌算法分析。導(dǎo)航衛(wèi)星定軌模型是一個典型的非線性系統(tǒng),應(yīng)用擴(kuò)展卡爾曼濾波對衛(wèi)星分布式定軌模型進(jìn)行解算。文中推導(dǎo)了衛(wèi)星分布式定軌擴(kuò)展卡爾曼濾波算法,給出了分布式定軌數(shù)據(jù)處理流程,通過建立仿真場景,得到了一些有益的結(jié)論。(2)針對基于星間測量的導(dǎo)航衛(wèi)星定軌過程中存在星間觀測粗差及動力學(xué)模型不準(zhǔn)等異常情況,本文結(jié)合抗差M估計理論,分析比較了幾種不同的抗差方案定軌效果,其中,IGG方案的抗差效果最優(yōu),適合應(yīng)用于基于星間測量的導(dǎo)航衛(wèi)星定軌中；在此基礎(chǔ)上,本文結(jié)合自適應(yīng)濾波理論,提出了導(dǎo)航衛(wèi)星抗差自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波定軌方法；通過仿真驗證,對比常規(guī)擴(kuò)展卡爾曼濾波、抗差擴(kuò)展卡爾曼濾波定軌方法,在給定條件下,抗差濾波定軌誤差在常規(guī)濾波定軌方法的基礎(chǔ)上誤差改善率達(dá)11.0%,抗差自適應(yīng)濾波定軌誤差在常規(guī)濾波定軌方法的基礎(chǔ)上誤差改善率達(dá)72.4%。仿真結(jié)果表明,抗差自適應(yīng)濾波定軌算法不但可以抵制星間觀測異常干擾,還可以調(diào)節(jié)動力學(xué)模型和觀測值對濾波的貢獻(xiàn),提高定軌精度。(3)基于星間測量的導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)定軌實質(zhì)上是一個自由網(wǎng)解算問題,若軌道參數(shù)在最小二乘的準(zhǔn)則下進(jìn)行估計,則得不到唯一最優(yōu)解。根據(jù)測量平差理論和方法,該問題的本質(zhì)是缺乏星間基準(zhǔn)。針對星間測量的基準(zhǔn)問題,本文從數(shù)學(xué)的角度,分析了星間觀測自由網(wǎng)秩虧的成因,提出基于虛擬基準(zhǔn)的星座整網(wǎng)定軌算法,該算法中將衛(wèi)星的軌道動力學(xué)信息作為星座整網(wǎng)的先驗信息,在最小二乘的基礎(chǔ)上添加最小范數(shù)約束,形成星座整網(wǎng)的虛擬基準(zhǔn)。最后以典型Walker星座為例進(jìn)行整網(wǎng)自主定軌仿真驗證。結(jié)果表明,在初始位置誤差1米,星間測量噪聲0.1米,不考慮鐘差條件下,星座自主運(yùn)行5天,每顆衛(wèi)星的定軌誤差均小于0.8米,星座平均定軌誤差小于0.5米,驗證了本文方法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：自主定軌 星間測量 抗差自適應(yīng)估計 卡爾曼濾波 星座基準(zhǔn)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 衛(wèi)星軌道估計理論發(fā)展11
• 1.3 導(dǎo)航星座自主定軌研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的導(dǎo)航星座自主定軌算法15-32
• 2.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波原理15-17
• 2.2 系統(tǒng)的測量方程17-20
• 2.2.1 星間偽距測量原理17
• 2.2.2 星座拓?fù)滏溌房梢娦苑治?/span>17-19
• 2.2.3 系統(tǒng)的觀測方程求解19-20
• 2.3 系統(tǒng)的狀態(tài)方程20-25
• 2.3.1 衛(wèi)星軌道動力學(xué)模型20-22
• 2.3.2 系統(tǒng)狀態(tài)方程求解22-23
• 2.3.3 軌道積分計算23-25
• 2.4 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的定軌算法設(shè)計25-29
• 2.4.1 導(dǎo)航星座濾波定軌算法設(shè)計25-27
• 2.4.2 算例驗證27-29
• 2.5 模型誤差對定軌結(jié)果影響分析29-31
• 2.5.1 系統(tǒng)模型噪聲對定軌結(jié)果影響29-31
• 2.5.2 星間觀測異常對定軌結(jié)果影響31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 考慮異常情況的導(dǎo)航星座自適應(yīng)濾波定軌算法32-46
• 3.1 抗差估計32-36
• 3.1.1 抗差M估計原理33-34
• 3.1.2 抗差M估計方案分析34-36
• 3.2 抗差擴(kuò)展卡爾曼濾波定軌算法36-39
• 3.2.1 基于M估計的抗差擴(kuò)展卡爾曼濾波定軌算法36-37
• 3.2.2 不同抗差擴(kuò)展卡爾曼濾波定軌方案比較分析37-39
• 3.3 抗差自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波定軌算法39-42
• 3.3.1 抗差自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法設(shè)計39-40
• 3.3.2 構(gòu)建自適應(yīng)因子40-42
• 3.4 仿真驗證42-44
• 3.4.1 星間觀測存在異常值的定軌分析42-43
• 3.4.2 動力學(xué)模型存在異常的定軌分析43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第4章 基于虛擬基準(zhǔn)的導(dǎo)航星座自主定軌算法研究46-56
• 4.1 星間觀測基準(zhǔn)問題46-50
• 4.1.1 秩虧自由網(wǎng)基準(zhǔn)問題分析46-47
• 4.1.2 星間測量中衛(wèi)星網(wǎng)基準(zhǔn)確定47-50
• 4.2 基于虛擬基準(zhǔn)的整網(wǎng)定軌方法50-55
• 4.2.1 星座整網(wǎng)定軌方法設(shè)計50-52
• 4.2.2 仿真分析52-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 總結(jié)與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 致謝61-62
• 附錄 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62

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本文編號：1105933