衛(wèi)星的自主定軌是現(xiàn)代衛(wèi)星運(yùn)行的核心技術(shù)之一,而隨著衛(wèi)星星座、編隊(duì)和集群等概念的誕生,利用星間觀測量進(jìn)行自主導(dǎo)航成為了重要的課題之一。本文針對運(yùn)行于月球橢圓軌道的雙星系統(tǒng),研究了利用星間的位置矢量進(jìn)行自主導(dǎo)航的方法,主要的工作如下:由于月球環(huán)境和地球存在著極大的不同,因此本文首先研究了月球坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換關(guān)系的計(jì)算問題,在月心慣性坐標(biāo)系下建立了考慮月球衛(wèi)星主要攝動項(xiàng)的動力學(xué)方程;設(shè)計(jì)了高性能的聯(lián)合并行數(shù)值積分器,用于快速的軌道預(yù)報(bào);并分析了不同攝動因素在不同軌道高度的量級,以及對于軌道外推精度的影響;該動力學(xué)方程具有普適性,可以拓展至地球衛(wèi)星或火星探測器的高精度軌道預(yù)報(bào)和定軌問題。之后,研究了一種利用慣性空間下的星間位置矢量進(jìn)行自主導(dǎo)航的方法,并建立其觀測模型。對于只考慮中心天體引力的二體動力學(xué),分別利用線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的能觀性理論,對提出的導(dǎo)航方法進(jìn)行能觀性分析;然后從軌道幾何學(xué)的角度對自主導(dǎo)航系統(tǒng)的局部能觀性進(jìn)行了直觀的描述。最后,研究了用于自主導(dǎo)航的非線性濾波算法,設(shè)計(jì)了基于無跡卡爾曼濾波的自主定軌方案和基本流程,并給出系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的高精度數(shù)值解法。對于運(yùn)行在月球橢圓軌道的雙星系統(tǒng),分別在同軌道面和異軌道面下進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證。對可能影響定軌精度的要素進(jìn)行了分析和討論。結(jié)果表明,該自主導(dǎo)航系統(tǒng)不僅能夠適用于月球衛(wèi)星定軌,提高軌道確定精度,還對初始誤差具備一定的魯棒性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V448.2
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文度主要受限于大氣折射模型的精度。寧曉琳等人基于雙星敏感器利用連讀高度星圖模擬與匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高精度的折射星識別和折射角獲取，其定軌平均位置誤差約為 145m[13]；星光仰角則需要使用星敏和地平儀，來測量星光相對于地平（地心或者地球方向附近的恒星方向）的仰角作為觀測模型。由于地平儀的測量精度遠(yuǎn)低于星敏的精度，因此該方案的定軌精度受到地平儀精度的嚴(yán)重制約。兩種方案的軌道確定的誤差都在百米量級；不同的是，星光折射的導(dǎo)航方案只能適用于存在大氣層的中心天體，對于月球則不能使用。兩種自主定軌方案的原理示意圖如圖 1-1所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文；座和衛(wèi)星編隊(duì)的自主導(dǎo)航算法研究起步較晚，25]研究了使用星間距離觀測量進(jìn)行衛(wèi)星絕對軌距離測量不包含絕對位置信息，因此衛(wèi)星星座交點(diǎn)赤經(jīng)參數(shù) 在這種導(dǎo)航方案下無法得到改方程的 B 矩陣存在秩虧，不能完全定軌。而由動外推最容易獲得較高精度的值，那么在定軌前決虧秩問題；金平[26, 27]研究了同時(shí)使用星間距離觀測和方向自主定軌的研究。使用測角相機(jī)對其它可視衛(wèi)器對其他背景恒星進(jìn)行成像觀測，從而確定星基本原理如圖 1-2 所示。該指向表示星座整體制僅使用星間測量的引起的星座的整體旋轉(zhuǎn)，間中的三個(gè)定向參數(shù) ， i和 的絕對值，實(shí)現(xiàn)星

研究內(nèi)容的框架結(jié)構(gòu)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葉茂;肖馳;李斐;鄢建國;郝衛(wèi)峰;;三種關(guān)于引力位及其一、二階導(dǎo)數(shù)計(jì)算方法的比較與分析研究[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2015年06期

2 陳艷玲;胡小工;周善石;宋小勇;黃勇;毛悅;黃珹;常志巧;吳杉;;基于星間測距的導(dǎo)航衛(wèi)星自主定軌新算法[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2015年07期

3 孟繁智;史鵬亮;歐鋼;;自主導(dǎo)航星座旋轉(zhuǎn)誤差的差分校正技術(shù)[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2014年08期

4 鐘敏;劉勁;孫永明;曾憲武;;基于EKF的脈沖星導(dǎo)航在轉(zhuǎn)移軌道的應(yīng)用[J];電子設(shè)計(jì)工程;2014年06期

5 聞長遠(yuǎn);岳富占;仇躍華;;高軌GPS信號可用性分析[J];電子設(shè)計(jì)工程;2014年02期

6 管洪杰;姚志成;劉巖;;軌道數(shù)值積分方法適用性研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2013年36期

7 寧曉琳;王龍華;白鑫貝;房建成;;一種星光折射衛(wèi)星自主導(dǎo)航系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J];宇航學(xué)報(bào);2012年11期

8 李俊峰;崔文;寶音賀西;;深空探測自主導(dǎo)航技術(shù)綜述[J];力學(xué)與實(shí)踐;2012年02期

9 高長生;荊武興;張燕;黃翔宇;;基于Unscented卡爾曼濾波器的近地衛(wèi)星磁測自主導(dǎo)航[J];中國空間科學(xué)技術(shù);2006年01期

10 陳金平,焦文海,馬駿,宋小勇;基于星間測距/軌道定向參數(shù)約束的導(dǎo)航衛(wèi)星自主定軌研究[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2005年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 閆志闖;GRACE衛(wèi)星精密軌道確定與一步法恢復(fù)地球重力場[D];解放軍信息工程大學(xué);2015年

2 任鍇;導(dǎo)航衛(wèi)星精密定軌理論與方法研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2015年

3 王慶賓;動力法反演地球重力場模型研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2009年

4 高玉東;月球探測器地月空間轉(zhuǎn)移軌道研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 張鴻翼;基于星敏感器/星間鏈路的HEO衛(wèi)星群自主導(dǎo)航方法研究[D];東南大學(xué);2015年

2 常敏;改進(jìn)粒子濾波算法在導(dǎo)航星座自主定軌技術(shù)中的應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2012年

3 李博;基于星間定向觀測的導(dǎo)航星座長期自主定軌技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

4 李海生;基于星間測距及方向約束的導(dǎo)航星座自主定軌技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

本文編號：2855056