發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 00:24

　　 隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,深空探測(cè)已成為世界各個(gè)大國航天計(jì)劃的焦點(diǎn),近年來,行星探測(cè)更變成各國注目的熱點(diǎn)。在行星探測(cè)過程中,為了獲取具有科研價(jià)值的數(shù)據(jù),探測(cè)器需要著陸于行星表面,借助輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣與分析,所以探測(cè)器安全并準(zhǔn)確地著陸到預(yù)定的行星表面區(qū)域是順利完成探測(cè)的關(guān)鍵步驟。在著陸過程中,為了提高著陸精度,著陸系統(tǒng)通過測(cè)速測(cè)距敏感器獲得其與行星表面之間的實(shí)時(shí)相對(duì)距離及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度,進(jìn)而修正著陸器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí),為了降低行星探測(cè)著陸器的發(fā)射成本,對(duì)于其體積及質(zhì)量的控制要求十分嚴(yán)格,所以具備同時(shí)測(cè)速測(cè)距能力的雷達(dá)系統(tǒng)具有極大的研究意義與應(yīng)用前景。本文使用FMCW雷達(dá)測(cè)量著陸器的速度和相對(duì)行星表面的距離,主要對(duì)行星探測(cè)著陸器FMCW雷達(dá)的測(cè)速測(cè)距方法進(jìn)行了深入的研究。首先,結(jié)合直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換原理對(duì)著陸器的著陸軌跡進(jìn)行建模,在此基礎(chǔ)上研究了行星表面的回波計(jì)算模型,給出行星表面回波建模流程,為回波處理提供數(shù)據(jù)支持。然后,針對(duì)在面目標(biāo)下差頻信號(hào)的頻譜會(huì)發(fā)生展寬,難以估計(jì)波束中心的距離和速度,本文重點(diǎn)研究并解決了行星探測(cè)著陸器FMCW雷達(dá)回波處理流程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn),包括:1、使用重心估計(jì)法獲取FMCW雷達(dá)面目標(biāo)回波的波束中心,提高在面目標(biāo)下的速度和距離估計(jì)精度;2、提出通過FMCW雷達(dá)差頻信號(hào)的頻譜寬度與波束中心距離對(duì)應(yīng)頻率的比值,估計(jì)波束在行星表面的入射角;3、提出利用入射角估計(jì)值得到用于回波包絡(luò)重心校正的校正系數(shù),從而獲得校正后更加精確的距離和速度估計(jì)值。在此基礎(chǔ)上,分別給出了FMCW雷達(dá)在三角波調(diào)制和鋸齒波調(diào)制下包含重心校正的測(cè)速測(cè)距處理流程。最后,針對(duì)著陸器加速度所帶來的影響,提出將離散多項(xiàng)相位變換與重心估計(jì)法相結(jié)合,得到著陸器在面目標(biāo)下的加速度,通過補(bǔ)償加速度帶來的誤差,使著陸器速度的測(cè)量精度得以提高。通過回波處理仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了本文所提的行星探測(cè)著陸器FMCW雷達(dá)測(cè)速測(cè)距方法的可行性,并且證明了使用本文所提出的雷達(dá)回波處理流程和FMCW雷達(dá)調(diào)制方式選擇方案,能夠在著陸各階段都實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)速測(cè)距精度。使著陸系統(tǒng)借助一套雷達(dá)系統(tǒng)同時(shí)得到著陸器的速度和相對(duì)行星表面距離的測(cè)量值,為精確地完成行星探測(cè)著陸任務(wù)提供重要的技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V476.4;V443.2;TN953
【部分圖文】：

BO圖3.1 著陸器本體機(jī)械坐標(biāo)系示意圖探測(cè)著陸器的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)通常利用航向角、俯仰角和滾轉(zhuǎn)角三個(gè)常用的姿態(tài)角來定義，其中，航向角是以北偏東作為其正方向，而俯仰角以及滾轉(zhuǎn)角都是以逆時(shí)針的方向?yàn)檎?2) 天線坐標(biāo)系天線坐標(biāo)系以天線重心作為其原點(diǎn)TO ，各個(gè)坐標(biāo)軸依次是TX 、TY 和TZ ，其中TY軸一般選取雷達(dá)天線光學(xué)軸的所在方向，此時(shí)可以認(rèn)為TY 軸與天線波束中心軸線重合，TX 軸平行于著陸器平面，TZ 軸在TX 軸與TY 軸所構(gòu)成平面的垂面上。由于雷達(dá)天線和探測(cè)著陸器固聯(lián)在一起，所以天線坐標(biāo)系和著陸器本體機(jī)械坐標(biāo)系之間存在確定的變換關(guān)系[38]。設(shè)任意視線矢量在T T TX O Y 面上的投影和TY 軸之間的角為方位角

行星表面回波建模流程

波束中心估計(jì)示意圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2878504