本文關(guān)鍵詞：基于構(gòu)型信息的小衛(wèi)星編隊(duì)自主導(dǎo)航技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 小衛(wèi)星編隊(duì) 自主導(dǎo)航 卡爾曼濾波器 構(gòu)型信息

【摘要】：小衛(wèi)星編隊(duì)具有許多綜合性大衛(wèi)星所不具備的優(yōu)點(diǎn),是近年來的研究熱點(diǎn)。編隊(duì)衛(wèi)星的自主導(dǎo)航是編隊(duì)飛行的關(guān)鍵技術(shù)之一,因此,本文針對(duì)小衛(wèi)星編隊(duì)的自主導(dǎo)航問題進(jìn)行了研究。本文提出的自主導(dǎo)航方案都是以編隊(duì)構(gòu)型信息為基礎(chǔ)的。編隊(duì)構(gòu)型信息是指:編隊(duì)衛(wèi)星的星間距離信息、星間相對(duì)角度信息。可以直接采用這些信息對(duì)編衛(wèi)星相對(duì)軌道進(jìn)行確定,也可以對(duì)編隊(duì)衛(wèi)星的絕對(duì)軌道進(jìn)行修正。首先,本文提出了基于一種類似導(dǎo)航星座的相對(duì)軌道確定方案。主星對(duì)其中的兩顆從星基于測(cè)距和測(cè)角的方式確定出從星的相對(duì)位置,然后主星和這兩顆從星組成基準(zhǔn)星座,再對(duì)其它從星進(jìn)行星間測(cè)距,來確定其余從星的相對(duì)軌道。在此基礎(chǔ)上還研究了被確定從星到基準(zhǔn)星所在平面的距離對(duì)相對(duì)軌道確定精度的影響,并進(jìn)行了數(shù)值仿真。其次,本文研究了衛(wèi)星存在姿態(tài)誤差情況下基于星間測(cè)距、測(cè)角方案的相對(duì)軌道確定問題。采用星敏感器對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量,建立了衛(wèi)星存在姿態(tài)誤差時(shí)的測(cè)量模型,將姿態(tài)誤差和相對(duì)軌道狀態(tài)共同作為狀態(tài)量,采用卡爾曼濾波算法進(jìn)行估計(jì)。驗(yàn)證了衛(wèi)星編隊(duì)基于星間測(cè)距、測(cè)角方案的相對(duì)軌道估計(jì)精度不僅和測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度有關(guān),還與衛(wèi)星的姿態(tài)誤差有關(guān)。然后,本文研究了采用星間測(cè)距對(duì)衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)軌道進(jìn)行修正的方案。由于小衛(wèi)星編隊(duì)是基于微小衛(wèi)星空間互聯(lián)技術(shù),要實(shí)現(xiàn)小型化、低成本,這使得星載GPS接收機(jī)在性能上有所下降,定位精度較低。針對(duì)這種情況,本文提出一種利用單純星間測(cè)距信息對(duì)衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)軌道進(jìn)行修正的方法。引入星間測(cè)距信息,分別采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法和無跡卡爾曼濾波算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,證實(shí)了該方案的有效性。同時(shí)還研究了測(cè)量方程中不含有初始相對(duì)速度時(shí)對(duì)相對(duì)軌道的修正情況。最后,本文提出了采用星間測(cè)距、測(cè)角信息對(duì)編隊(duì)衛(wèi)星絕對(duì)軌道修正的方案。由于編隊(duì)衛(wèi)星相對(duì)軌道的確定,不僅可以采用直接測(cè)量的確定方案,也可以以衛(wèi)星的絕對(duì)軌道信息為基礎(chǔ),通過作差處理來獲得編隊(duì)衛(wèi)星的相對(duì)軌道狀態(tài)。因此,衛(wèi)星的絕對(duì)軌道精度將直接影響相對(duì)軌道的確定精度。所以,本文提出了在衛(wèi)星絕對(duì)軌道精度較差的情況下,采用星間測(cè)距、測(cè)角信息來對(duì)絕對(duì)軌道進(jìn)行修正的方案。分別研究了采用一次測(cè)距信息修正,兩次測(cè)距信息修正,一次測(cè)距、測(cè)角信息組合修正,兩次測(cè)距、測(cè)角信息組合修正這四種情況。通過仿真驗(yàn)證,證實(shí)了通過星間測(cè)距信息可以達(dá)到對(duì)衛(wèi)星的絕對(duì)軌道修正的目的,多次修正可以提高修正精度,并且加入測(cè)角信息后,測(cè)距和測(cè)角信息的組合使用,可以達(dá)到更好的修正效果。
【關(guān)鍵詞】：小衛(wèi)星編隊(duì) 自主導(dǎo)航 卡爾曼濾波器 構(gòu)型信息
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 緒論15-29
• 1.1 論文研究的背景和意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外衛(wèi)星編隊(duì)任務(wù)發(fā)展綜述16-20
• 1.3 國內(nèi)外編隊(duì)軌道狀態(tài)自主確定研究現(xiàn)狀20-25
• 1.3.1 GPS導(dǎo)航技術(shù)20-21
• 1.3.2 類GPS技術(shù)21-22
• 1.3.3 基于激光測(cè)量系統(tǒng)的相對(duì)自主導(dǎo)航22-23
• 1.3.4 基于微波雷達(dá)系統(tǒng)的相對(duì)自主導(dǎo)航23
• 1.3.5 基于視覺測(cè)量系統(tǒng)的相對(duì)自主導(dǎo)航23
• 1.3.6 紅外測(cè)量系統(tǒng)23-24
• 1.3.7 編隊(duì)構(gòu)型信息測(cè)量技術(shù)總結(jié)24-25
• 1.4 本文工作與創(chuàng)新點(diǎn)25-29
• 1.4.1 本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排25-26
• 1.4.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)26-29
• 第2章 理論基礎(chǔ)29-43
• 2.1 坐標(biāo)系定義29-30
• 2.2 編隊(duì)衛(wèi)星受到的攝動(dòng)力30-32
• 2.3 相對(duì)運(yùn)動(dòng)建模32-36
• 2.3.1 基于直角坐標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)建模32-35
• 2.3.2 基于軌道根數(shù)描述的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型35-36
• 2.4 自主濾波技術(shù)36-41
• 2.4.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波36-38
• 2.4.2 無跡卡爾曼濾波38-41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 第3章 多星編隊(duì)的相對(duì)軌道確定方法43-55
• 3.1 測(cè)量原理43-44
• 3.2 測(cè)量模型44-47
• 3.2.1 基于測(cè)距/測(cè)角的測(cè)量方程44-45
• 3.2.2 基準(zhǔn)星對(duì)其余從星的測(cè)量方程45-47
• 3.3 動(dòng)力學(xué)模型47-48
• 3.4 EKF相對(duì)導(dǎo)航算法48
• 3.5 仿真分析48-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 第4章 考慮姿態(tài)誤差的衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)軌道狀態(tài)確定55-67
• 4.1 測(cè)量模型55-59
• 4.1.1 姿態(tài)測(cè)量方程55-57
• 4.1.2 帶姿態(tài)誤差的側(cè)距、測(cè)角方程57-59
• 4.2 動(dòng)力學(xué)模型59-61
• 4.2.1 衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程59-60
• 4.2.2 衛(wèi)星相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程60-61
• 4.3 相對(duì)導(dǎo)航算法61-62
• 4.4 仿真分析62-65
• 4.5 本章小結(jié)65-67
• 第5章 星間測(cè)距對(duì)衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)軌道狀態(tài)估計(jì)的修正67-77
• 5.1 測(cè)量原理68
• 5.2 數(shù)學(xué)模型68-69
• 5.3 星間測(cè)距對(duì)相對(duì)軌道修正濾波算法69-70
• 5.3.1 星間測(cè)距對(duì)相對(duì)軌道修正的EKF算法69-70
• 5.3.2 星間測(cè)距對(duì)相對(duì)軌道修正的UKF算法70
• 5.4 仿真分析70-75
• 5.5 本章小結(jié)75-77
• 第6章 星間測(cè)距、測(cè)角信息對(duì)衛(wèi)星編隊(duì)絕對(duì)軌道估計(jì)的修正77-87
• 6.1 測(cè)量原理77-78
• 6.2 純星間測(cè)距修正的測(cè)量方程78
• 6.3 星間測(cè)距/測(cè)角組合修正的測(cè)量方程78-79
• 6.4 動(dòng)力學(xué)模型79-81
• 6.5 絕對(duì)軌道修正濾波算法81-82
• 6.6 仿真分析82-86
• 6.7 本章小結(jié)86-87
• 第7章 總結(jié)與展望87-90
• 7.1 總結(jié)87-88
• 7.2 展望88-90
• 參考文獻(xiàn)90-95
• 在讀期間發(fā)表論文95-97
• 致謝97

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉猛;馮永新;范增;;四層梯階控制在衛(wèi)星編隊(duì)的應(yīng)用仿真[J];火力與指揮控制;2012年04期

2 ;衛(wèi)星編隊(duì)概念的提出[J];國外科技動(dòng)態(tài);2006年02期

3 陳晶;艾勇;譚瑩;葉德茂;曹陽;;小衛(wèi)星編隊(duì)光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];光通信技術(shù);2007年06期

4 劉輝;李俊峰;;衛(wèi)星編隊(duì)自主隊(duì)形控制[J];宇航學(xué)報(bào);2007年05期

5 徐愛民;譚謙;于志堅(jiān);呂志平;;衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)動(dòng)力學(xué)方程穩(wěn)定性分析[J];測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào);2008年05期

6 王功波;郗曉寧;劉磊;;小衛(wèi)星編隊(duì)在軌釋放方案優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];宇航學(xué)報(bào);2008年02期

7 士元;;服務(wù)于北京奧運(yùn)的衛(wèi)星編隊(duì)[J];中國航天;2008年08期

8 王紀(jì)兵;吳煒華;;考慮非線性項(xiàng)的衛(wèi)星編隊(duì)保持[J];計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化;2009年07期

9 孫蕊;蘭盛昌;徐國棟;;微小衛(wèi)星編隊(duì)的星間測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)及精度分析[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2009年07期

10 吳煒華;侯明善;劉永剛;;衛(wèi)星編隊(duì)保持的初始化條件及仿真分析[J];計(jì)算機(jī)仿真;2009年10期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王少軒;曾巒;熊偉;;基于衛(wèi)星編隊(duì)的空間目標(biāo)光學(xué)測(cè)量建模[A];2009系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

2 吳志剛;譚述君;鐘萬勰;;衛(wèi)星編隊(duì)重構(gòu)的均衡耗能最優(yōu)控制方法[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

3 雪丹;曹喜濱;;橢圓參考軌道衛(wèi)星編隊(duì)的相對(duì)導(dǎo)航研究[A];全國第十二屆空間及運(yùn)動(dòng)體控制技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

4 陳宏宇;吳會(huì)英;趙靈峰;陳凡勝;;基于時(shí)差測(cè)量的衛(wèi)星編隊(duì)簡(jiǎn)易導(dǎo)航系統(tǒng)研究[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

5 胡敏;曾國強(qiáng);姚紅;;分布式衛(wèi)星編隊(duì)維持控制仿真系統(tǒng)研究[A];2009系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

6 張志強(qiáng);張波;李署堅(jiān);;基于側(cè)音測(cè)距方法的小衛(wèi)星編隊(duì)距離算法分析[A];第六屆全國信號(hào)和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

7 吳志剛;彭海軍;譚述君;;周期最優(yōu)和周期H_∞控制方法在航天器控制中的應(yīng)用[A];第二屆全國動(dòng)力學(xué)與控制青年學(xué)者研討會(huì)論文摘要集[C];2008年

8 朱維坤;翟文江;;全球陸地測(cè)繪衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)形研究[A];Proceedings of 14th Chinese Conference on System Simulation Technology & Application(CCSSTA’2012)[C];2012年

9 馮孝輝;李京生;鄧忠民;;攝動(dòng)影響下衛(wèi)星編隊(duì)隊(duì)形控制方法研究[A];北京力學(xué)會(huì)第14屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

10 尹軍用;高云峰;;Halo軌道上衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)形研究[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第三屆學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 龐之浩;“法網(wǎng)恢恢”：衛(wèi)星編隊(duì)監(jiān)測(cè)地球[N];大眾科技報(bào);2006年

2 中國航天科工集團(tuán)公司一院 貝超 李琳 王晶;微小衛(wèi)星編隊(duì)星間測(cè)量與協(xié)同控制研究[N];中國航天報(bào);2013年

3 游雪晴;衛(wèi)星排排坐[N];科技日?qǐng)?bào);2003年

4 特約記者 張利文 記者 張曉祺;我國“一箭雙星”成功發(fā)射實(shí)踐九號(hào)A/B衛(wèi)星[N];解放軍報(bào);2012年

5 邊際;以色列研發(fā)新型微衛(wèi)星方案[N];中國航空?qǐng)?bào);2012年

6 記者 孔巖;NASA發(fā)射衛(wèi)星研究氣溶膠對(duì)氣候的作用[N];中國氣象報(bào);2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 陸宏偉;基于衛(wèi)星編隊(duì)遙感圖像的對(duì)地定位算法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2004年

2 樓良盛;基于衛(wèi)星編隊(duì)InSAR數(shù)據(jù)處理技術(shù)[D];解放軍信息工程大學(xué);2007年

3 徐愛民;分布式衛(wèi)星干涉儀軌道設(shè)計(jì)[D];解放軍信息工程大學(xué);2009年

4 楊雪榕;衛(wèi)星跟飛編隊(duì)控制問題研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

5 郝繼剛;分布式衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)形控制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

6 張健;分布式衛(wèi)星自主構(gòu)形重構(gòu)技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張曉磊;基于構(gòu)型信息的小衛(wèi)星編隊(duì)自主導(dǎo)航技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心);2015年

2 張萬寶;考慮執(zhí)行器飽和的衛(wèi)星編隊(duì)飛行控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 彭海軍;周期時(shí)變控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)值方法及其在衛(wèi)星編隊(duì)保持中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2008年

4 梁樹甜;小衛(wèi)星編隊(duì)的隊(duì)形捕獲和保持控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

5 陶久亮;衛(wèi)星編隊(duì)星間相對(duì)測(cè)量技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2012年

6 王煥強(qiáng);臨界軌道傾角衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2012年

7 袁興軍;衛(wèi)星編隊(duì)分布式有限時(shí)間隊(duì)形協(xié)同控制算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 郭耀華;基于一致性理論的衛(wèi)星編隊(duì)滑模/反步協(xié)同控制研究[D];北京理工大學(xué);2015年

9 李鵬飛;衛(wèi)星編隊(duì)協(xié)調(diào)控制的3D實(shí)時(shí)仿真[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

10 劉磊;星載干涉式合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2004年

，

本文編號(hào)：788543