【摘要】： 隨著電子對抗技術和航空航天技術的不斷發(fā)展,空間信息獲取及對抗在現(xiàn)代化的高技術戰(zhàn)爭中發(fā)揮著越來越重要的作用,從而,對空間信息系統(tǒng)載體——衛(wèi)星的運動狀態(tài)確定和跟蹤就成了亟待解決的關鍵問題。鑒于采用天基平臺對衛(wèi)星目標進行觀測可以不受大氣、時間和國界的影響限制,并且單站無源的觀測方式具有隱蔽性強、設備簡單、作用距離遠和適用范圍廣等優(yōu)點,利用單顆衛(wèi)星平臺對衛(wèi)星目標的無源定軌跟蹤(單星對星無源定軌跟蹤)技術研究就成為具有重要意義的課題。在總結(jié)單站無源定位技術和衛(wèi)星軌道力學知識的基礎上,論文對基于空域和頻域觀測信息的單星對星無源定軌跟蹤所涉及的理論方法及關鍵問題展開研究。 衛(wèi)星運動建模是單星對星無源定軌跟蹤研究的前提。在定義適當?shù)淖鴺讼到y(tǒng)和研究相關衛(wèi)星軌道理論的基礎上,建立了衛(wèi)星運動的力學模型和基于F/G級數(shù)的狀態(tài)遞推F-G模型。該模型以對二體運動的精確描述為特點,具有比其它近似遞推模型更高的準確性。根據(jù)現(xiàn)有文獻,綜述了只測角單星對星無源定軌的可觀測性研究,并引入完全可觀測的結(jié)論。衛(wèi)星運動模型的建立和只測角定軌可觀測結(jié)論的引入,為后續(xù)研究奠定了基礎。 論文研究了只測角條件下和聯(lián)合測角與測頻條件下的單星對星無源定軌跟蹤方法�；谇懊娼o出的衛(wèi)星運動模型,對單星對星無源定軌系統(tǒng)進行建模,繼而提出基于準確狀態(tài)模型的只測角單星對星無源定軌跟蹤方法。接著,在只測角的基礎上引入頻率觀測量,提出基于準確狀態(tài)模型的聯(lián)合測角與測頻的單星對星無源定軌跟蹤方法,顯著提高了只測角定軌方法的精度和收斂速度。與已有的基于泰勒級數(shù)展開近似模型的方法相比,由于模型準確性更高,論文的只測角和聯(lián)合測角與測頻兩種定軌方法具有更優(yōu)的性能,且運算復雜度相當。 論文接著研究了基于質(zhì)點運動學原理的單星對星無源測距和定軌跟蹤方法。針對單星對星無源定軌背景的特點,推導無源測距方程并給出具體解法,實現(xiàn)了單星對星無源測距。在此基礎上,結(jié)合測距分解觀測模型,提出一種基于運動學原理的單星對星無源測距定軌跟蹤方法,可實現(xiàn)快速定位。進一步將徑向速度觀測量引入觀測量集并直接參與遞推濾波計算,提出基于徑向運動信息的單星對星無源定軌跟蹤方法。除具有收斂速度快的優(yōu)點外,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源定軌場合。 然后,鑒于單星對星無源定軌跟蹤問題的非線性本質(zhì)和遞推濾波算法對定軌的重要作用,論文對非線性濾波問題進行了研究。從函數(shù)解析近似的思路出發(fā),分析了EKF(Extended Kalman Filtering)及其改進算法的性能特點,針對其不足,對基于Stirling插值多項式近似的差分濾波算法DDF(Divided Difference Filtering)進行了深入研究。根據(jù)單星對星無源定軌背景的加性噪聲特點,提出一種適合實時應用的簡化差分濾波算法SDDF(Simplified DDF),降低了運算復雜度。針對單星對星無源定軌系統(tǒng)可觀測性弱和觀測誤差大的問題,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)。該方法迭代過程以似然概率增加為準則,在改善跟蹤濾波精度和收斂速度的同時,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星無源定軌跟蹤涉及的關鍵理論和技術問題,提出了相應的解決方法和結(jié)論,相關研究成果具有較強的理論意義和一定的工程意義。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：P135;TN971
【圖文】：

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

cosi (或動量矩積分)，包含了h，i，Ω三個了衛(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后將關于衛(wèi)星運動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 N，將 OX 軸順著衛(wèi)星 S。在此平面內(nèi)衛(wèi)星的運動微分方程為3300x xry yrμμ + = + =

【參考文獻】

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1 袁澤劍,鄭南寧,賈新春;高斯-厄米特粒子濾波器[J];電子學報;2003年07期

2 李宗華,馮道旺,周一宇,孫仲康;估計目標速度矢量對運動輻射源的固定單站無源定位算法[J];電子學報;2004年06期

3 劉建成;王雪松;肖順平;王國玉;;基于Wigner-Hough變換的徑向加速度估計[J];電子學報;2005年12期

4 龔享銥,皇甫堪,袁俊泉;基于相位干涉儀陣列二次相位差的波達角估計算法研究[J];電子學報;2005年03期

5 陳輝;蘇海軍;;強干擾/信號背景下的DOA估計新方法[J];電子學報;2006年03期

6 單月暉,孫仲康,皇甫堪;變化姿態(tài)角下相位差變化率無源定位方法研究[J];電子學報;2002年12期

7 郭福成,孫仲康,安瑋;利用方向角及其變化率對固定輻射源的三維單站無源定位[J];電子學報;2002年12期

8 單月暉,王展,萬建偉,孫仲康,皇甫堪;固定飛行姿態(tài)角下的相位差變化率無源定位方法研究[J];電子與信息學報;2003年05期

9 周亞強,陳翥,皇甫堪,孫仲康;噪擾條件下多基線相位干涉儀解模糊算法[J];電子與信息學報;2005年02期

10 劉林,王海紅,胡松杰;衛(wèi)星定軌綜述[J];飛行器測控學報;2005年02期

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1 單月暉;空中觀測平臺對海面慢速目標單站無源定位跟蹤及其關鍵技術研究[D];中國人民解放軍國防科學技術大學;2002年

2 郭福成;基于運動學原理的單站無源定位與跟蹤關鍵技術研究[D];中國人民解放軍國防科學技術大學;2002年

3 文援蘭;航天器精密軌道抗差估計理論與應用的研究[D];解放軍信息工程大學;2001年

4 張正明;輻射源無源定位研究[D];西安電子科技大學;2000年

5 周亞強;基于視在加速度信息的單站無源定位與跟蹤關鍵技術研究及其試驗[D];國防科學技術大學;2005年

6 龔享銥;利用頻率變化率和波達角變化率單站無源定位與跟蹤的關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2004年

本文編號：2713326