發(fā)布時間：2020-06-14 20:38

【摘要】： 隨著電子對抗技術(shù)和航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展,空間信息獲取及對抗在現(xiàn)代化的高技術(shù)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(yùn)動狀態(tài)確定和跟蹤就成了亟待解決的關(guān)鍵問題。鑒于采用天基平臺對衛(wèi)星目標(biāo)進(jìn)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(qiáng)、設(shè)備簡單、作用距離遠(yuǎn)和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),利用單顆衛(wèi)星平臺對衛(wèi)星目標(biāo)的無源定軌跟蹤(單星對星無源定軌跟蹤)技術(shù)研究就成為具有重要意義的課題。在總結(jié)單站無源定位技術(shù)和衛(wèi)星軌道力學(xué)知識的基礎(chǔ)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(guān)鍵問題展開研究。 衛(wèi)星運(yùn)動建模是單星對星無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)動的力學(xué)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(yùn)動的精確描述為特點(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(yùn)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(chǔ)。 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(yùn)動模型,對單星對星無源定軌系統(tǒng)進(jìn)行建模,繼而提出基于準(zhǔn)確狀態(tài)模型的只測角單星對星無源定軌跟蹤方法。接著,在只測角的基礎(chǔ)上引入頻率觀測量,提出基于準(zhǔn)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(zhǔn)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(yùn)算復(fù)雜度相當(dāng)。 論文接著研究了基于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)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(diǎn),推導(dǎo)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(chǔ)上,結(jié)合測距分解觀測模型,提出一種基于運(yùn)動學(xué)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(jìn)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(yùn)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(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(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(jìn)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(diǎn),提出一種適合實時應(yīng)用的簡化差分濾波算法SDDF(Simplified DDF),降低了運(yùn)算復(fù)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(zhǔn)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(guān)鍵理論和技術(shù)問題,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】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：P135;TN971
【圖文】：

量坐標(biāo)系以衛(wèi)星本體為中心，符合測測量坐標(biāo)系的各個坐標(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(guān)于衛(wèi)星運(yùn)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(diǎn) N，將 OX 軸順著衛(wèi)星 S。在此平面內(nèi)衛(wèi)星的運(yùn)動微分方程為3300x xry yrμμ + = + =

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2713326