本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星星座分布式協(xié)同定軌方法研究

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【摘要】：某些航天任務的正常運營要求對相關(guān)星座衛(wèi)星進行持續(xù)不斷的精密軌道確定,這其中尤以全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)為典型代表。但是,傳統(tǒng)的人造衛(wèi)星精密軌道確定方法通常要求在全球布設一定數(shù)量的地面測控站,這對于我國正在發(fā)展中的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。近年來,隨著星間測量/通信技術(shù)的發(fā)展,以及分布式信息融合算法研究的深入,一種新的衛(wèi)星星座軌道確定方法逐漸成為領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點:基于星間鏈路的衛(wèi)星星座協(xié)同軌道確定。本文從這一問題出發(fā),著眼于我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的自主運行,展開了對以下四個方面的研究。(1)鑒于單純基于星間鏈路的衛(wèi)星星座自主定軌中存在的星座整體漂移問題,提出了基于地面錨固站和星間鏈路的衛(wèi)星星座協(xié)同定軌方案,建立了相應的衛(wèi)星運動模型及相對測量模型,并應用局部可觀測性理論論證了方案的有效性。(2)從狀態(tài)空間模型出發(fā),設計了基于擴展卡爾曼濾波的分布式協(xié)同定軌算法,具體包括全階擴展卡爾曼濾波、降階擴展卡爾曼濾波以及迭代級聯(lián)擴展卡爾曼濾波三類,并從精度、計算量、通信量三個角度對算法性能進行了詳細分析。(3)從概率圖模型出發(fā),設計了基于聯(lián)合樹推理的分布式協(xié)同定軌算法,新算法的計算精度與集中式貝葉斯估計等效;并受平方根卡爾曼濾波的啟發(fā),針對星載計算機字長不足的應用場景,提出了分布式平方根聯(lián)合樹推理算法,該算法具有優(yōu)于集中式貝葉斯估計和標準聯(lián)合樹推理的數(shù)值穩(wěn)定性。(4)針對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的自主運行問題,建立了類廣播星歷軌道模型并推導了相應的定軌偏導數(shù);針對協(xié)方差矩陣及其平方根矩陣的條件數(shù)過大的問題,設計了集中式窗口迭代平方根卡爾曼濾波算法和分布式窗口迭代平方根聯(lián)合樹推理算法,有效彌補了現(xiàn)有算法的不足。論文所提出的新算法彌補了現(xiàn)有的集中式卡爾曼濾波以及基于精確貝葉斯推理的分布式濾波的不足;所提出的類廣播星歷軌道模型及其定軌偏導數(shù)可為導航星座的自主星歷擬合提供參考;所提出的分布式協(xié)同定軌算法可作為一套標準設計流程,為其它多平臺協(xié)作系統(tǒng)的設計提供參考。
【學位授予單位】：國防科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN967.1;TN713

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