空间飞行器主动段的轨道估计与误差分析

为了对无源探测卫星系统的定轨方式和精度进行定量分析,通过坐标转换、受力分析、拟合、最小二乘法、微分方程数值解法与误差分析等方法,建立了基于卫星无源探测的空间飞行器在主动段的交汇定位优化模型和运动方程模型。基于模拟数据和模型,给出了卫星和空间飞行器的轨道曲线以及卫星的系统误差。经过系统误差修正,空间飞行器的估计轨道误差仅为7.582 1 m。     

一种雷达网系统误差校准方法及其精度分析

由于系统误差影响数据融合精度,提出了基于ECEF坐标转换的雷达网系统误差数据校准方法,定义了系统误差估计精度的评估方法,对系统误差估计精度采用克拉美-劳下限(CRLB)进行评估.最后进行了仿真分析,验证了该校准方法的可行性和误差估计精度评估方法的有效性.     

针对高空探测火箭的实时高精度定位算法

随着高空探测火箭探测高度的提升,GPS导航系统无法满足其在3 000 km以上的定位需求,且通常应用于卫星精密定轨的传统统计定轨理论也难以实现。从高空探测火箭快速实时定位解算需求出发,针对地基导航、箭上自主解算实时定位方式,结合导航系统误差模型和轨道动力学特性,提出了一种实时高精度定位解算的方法。采用试验数据和误差辨识,完善地基导航系统误差模型,建立动力学卡尔曼滤波算法方程对定位数据进行滤波,实现快速实时高精度定轨。该方法省去了轨道积分过程,提高定位精度和解算效率。     

CODE新光压模型对北斗混合导航星座精密轨道确定的影响

运用卫星定轨软件工具包NUDTTK,分析了欧洲定轨中心扩展的经验光压模型(EECOM)对北斗二代混合导航星座精密轨道确定的影响。研究表明:对地球静止轨道卫星而言,EECOM能够明显改善定轨精度,相比于传统的ECOM-9和ECOM-5模型,卫星激光测距检核精度分别提高17.4%和35.1%。对倾斜地球同步轨道卫星和中轨道卫星而言,采用ECOM-5模型的定轨精度要优于采用EECOM和ECOM-9模型的,新光压模型EECOM并不能有效改善倾斜地球同步轨道卫星和中轨道卫星的定轨精度。与IGS数据分析中心WHU、GFZ和CODE的轨道产品相互比对的结果显示:目前,国防科技大学北斗精密轨道产品中,地球静止轨道卫星的定轨精度为1~4 m,倾斜地球同步轨道卫星的定轨精度为25~30 cm,中轨道卫星的定轨精度为10~20 cm。     

CODE新光压模型对北斗混合导航星座精密轨道确定的影响分析

基于国防科技大学自主研制的卫星定轨软件工具包NUDTTK，分析了CODE新光压模型EECOM对北斗二代混合导航星座精密轨道确定的影响。研究表明：对GEO卫星而言，EECOM模型能够明显改善定轨精度，相比于传统的ECOM-9和ECOM-5模型，卫星激光测距检核精度分别提高17.4%和35.1%。对IGSO和MEO卫星而言，采用ECOM-5模型的定轨精度要优于EECOM和ECOM-9模型，新光压模型EECOM并不能有效改善IGSO和MEO卫星的定轨精度。与IGS数据分析中心WHU、GFZ和CODE的轨道产品互比对结果（3D RMS）显示：目前，国防科技大学北斗精密轨道产品中，GEO卫星的定轨精度为1~4 m，IGSO卫星的定轨精度为25~30 cm，MEO卫星的定轨精度为10~20 cm。     

内编队重力场测量卫星微推力器姿轨一体化控制

内编队重力场测量卫星通过精密定轨和相对状态测量实现高精度高分辨率地球重力场测量.这两项技术都依赖于精密编队控制和姿态控制.稳态工作期间,要求相对位移必须控制在厘米量级内,外卫星对地定向精度优于0.1°.姿轨一体化控制的目标是利用微推力器保障稳态工作期间的科学测量.基于带推力器布局的耦合线性模型进行了内编队重力场测量卫星...     

一种新的卫星导航星间链路测距体制及其定轨性能分析

现有的GPS星间链路轮询时分测距体制未针对定轨性能进行优化。对轮询时分测距体制进行改进,提出了一种新的分组时分测距体制,通过对整星座所有卫星进行分组测距来提高星间测距链路数量,从而提高星地星间联合定轨精度。以整星座平均定轨精度最优为目标,提出了两步优化算法,得到星间总测距链路数最多的卫星分组,使每组内卫星的星间测距DOP值最小。仿真结果表明,采用优化算法得到的最优分组时分测距方式对卫星定轨精度有明显改善。     

基于小波去噪半参数回归模型的卫星轨道测量数据预处理方法

由于卫星轨道测量数据中含有非线性误差,使用传统的最小二乘多项式拟合方法对其进行预处理必然会降低定轨精度.在半参数回归模型的基础上,应用小波阈值去噪算法估计并消除观测数据中存在的非线性误差,提出了基于小波去噪半参数回归模型的卫星轨道测量数据预处理方法,以提高数据预处理的精度.对某卫星USB跟踪数据应用该方法进行了仿真,仿真结果表明:该方法可以分离出观测数据中的白噪声和非线性误差,从而可以在观测数据中消除非线性误差的影响,提高数据预处理的精度.     

内编队地球重力场测量性能数值分析

内编队系统通过实现内卫星纯引力轨道环境和内卫星精密定轨,完成高精度地球重力场测量,实现了不依赖于加速度计的重力卫星实施新途径。针对内编队重力场测量性能难以解析分析的情况,基于MATLAB并行程序设计进行了重力场测量数值模拟,获得了内编队重力场测量的有效阶数及其精度。在内编队轨道高度为300km、内卫星干扰力为1.0×10-10m/s2、外卫星定轨精度为3cm、内外卫星相对状态测量精度为1mm的条件下,计算得到内编队测量重力场的有效阶数为72,相应的大地水准面累积误差为44cm,重力异常累积误差为4.5mGal,由此可知内编队测量重力场的有效阶数主要分布在低阶部分。     

BDS在低轨卫星编队高精度相对轨道确定上的应用分析

分析基于北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation System, BDS)的低轨卫星编队相对轨道确定问题,但由于缺乏实测数据,通过仿真实验展开研究。结果表明,500 km空域平均可视BDS卫星数约为9.7,由于地球静止轨道(GeoStationary earth Orbit,GEO)卫星和倾斜地球同步轨道(Inclined GeoSynchronous earth Orbit,IGSO)卫星的存在,亚太地区的可视BDS卫星数明显偏多。仅考虑观测噪声的影响时,基于BDS的相对定轨精度可达0.74 mm,加入星历误差的影响,对近距离编队系统的相对定轨而言,GEO卫星数米的星历误差可以忽略,但当星间距离增大到约200 km时,GEO卫星单差后的星历误差可达厘米量级,GEO+IGSO+中圆地球轨道(Medium Earth Orbit,MEO)卫星和IGSO+MEO卫星求解的相对轨道精度分别为1.09 mm和0.96 mm,GEO卫星的加入使得精度下降了13.54%。在其余误差得到有效处理后,BDS的相对定轨精度可达亚毫米量级,且无明显区域差异,GEO卫星和IGSO卫星能提高近距离编队系统的全球相对定轨精度,未来BDS将广泛应用于低轨卫星编队相对轨道确定。     

基于压缩估计的单星观测定轨方法研究

分析了单星观测模式下的天基测控系统的可行性,并针对该观测模式下轨道确定中法矩阵的特点,提出了一种基于压缩估计的定轨方法,该方法对法矩阵进行变换,避免了法矩阵奇异造成的误差传递。证明了当满足一定条件时,该压缩方法的估计精度要高于传统的定轨方法。并结合单星观测的特殊性,提出了误差传递因子,设计了单星观测下的压缩估计定轨算法。最后以单星模式下的天基测控系统作为仿真背景进行了仿真试验。结果表明,该压缩估计可有效提高单星观测模式下的轨道确定精度。     

Walker星座自主定轨误差分析

通过对Walker星座中卫星间的相对运动进行分析,给出星间相对距离的解析表达式及其对轨道根数的偏导数,直观地描述在同轨道面和异轨道面的星间观测对轨道根数变化的体现情况;根据星座中卫星的相对位置,提出合理的约束条件和平差方法,利用星间测距网实现星座的整网定位;通过仿真算例,比较在不同情况下,采用合适的整网定位方法对轨道根数的系统误差和随机误差修正的情况。     

基于Powell法的GNSS卫星轨道拟合算法

针对GNSS导航信号模拟源中卫星轨道计算的高精度实时性要求,提出了一种基于Powell最优化理论的卫星轨道拟合算法。该算法将有限点卫星位置拟合问题转化为无约束极小值问题,使用最优化理论求解卫星轨道模型参数,从而可以方便计算任意时刻的卫星速度、加速度等高阶量。算例结果表明计算卫星星历时,位置误差小于1×10-4m,速度误差小于1×10-6m/s,计算量为广播星历直接计算的1/3;计算精密星历时,位置精度在2cm左右,拟合精度较拉格朗日插值算法提高了大约1倍。通过实际应用,充分验证了算法的有效性。     

一种新的并行多通道数据采集系统时序偏差校正技术

介绍了多通道并行采样技术在高速数据采集系统的应用和其局限性 ,然后给出了一种测量多通道系统各通道间时序偏差的方法 ;接着提出了一种在数字域校正通道间时序偏差的新方法 ,可以大大提高多通道并行采样技术的性能 ;最后对该方法进行了仿真以验证其可行性和性能。     

浮球式惯性平台连续翻滚自标定自对准方法

针对浮球式惯性平台系统的标定与初始对准问题,提出了一种基于姿态角的连续翻滚自标定自对准方法。根据浮球平台工作原理,建立了惯性器件误差模型,推导了浮球平台的姿态动力学方程;设计了平台在重力场连续翻滚的施矩方案;利用分段线性定常系统和输出灵敏度理论分析了系统的可观性。仿真结果表明,该方法可以同时实现平台系统42项误差系数的高精度标定与初始对准,有效地提高了系统的测量精度。     

基于火箭弹旋转运动的主子惯导在线标定方案研究

针对火箭炮在射前标定阶段不能进行线运动,只能进行两自由度的角运动,以及需要标定参数多,模型维数大导致标定实时性差等缺点。以火箭炮制导化改造为背景,首先利用旋转调制的原理建立了误差模型,将惯性器件的零偏误差分离,并且理论分析了旋转调制对惯性器件刻度系数误差标定的影响,分析结果表明,旋转运动对刻度系数误差的可观测性影响很大。但是,由于单独的横滚运动不能激励全部6个刻度系数误差,所以最后设计了新的火箭弹机动方案,以及滤波算法使全部刻度系数误差均可观测,并且结果表明除x轴陀螺刻度系数误差外,其余参数均能较快地收敛,与传统的方法相比,标定的实时性和精度都有了较大提高,充分体现了弹丸横滚运动对火箭炮射前标定的重要性。     

一种GNSS卫星轨道高精度实时插值方法

针对GNSS导航信号模拟源中多星座轨道计算实时性问题,从计算效率、精度等角度分析和对比了牛顿多项式和埃尔米特多项式插值算法的性能,通过对牛顿插值的加“窗”改进,使得卫星位置、速度的插值精度显著提高.算例结果表明,该方法能够在等间距时间点上多个卫星位置已知、速度未知的条件下,高精度实时地内插出卫星的位置和速度,其中卫星位置插值精度为mm级,速度插值精度小于1e-5 m/s,计算量为广播星历直接计算的1/7,位置和速度的拟合精度均优于三阶埃尔米特插值结果.     

基于分段连续推力的中途修正方法(英文)

基于小偏差理论,对无摄三体动力学方程沿标称轨道线性化,推导了三体动力模型的误差线性模型。在此基础上,进一步利用该最优控制方法推导了转移轨道周期内的连续小推力控制方案,验证了控制加速度及状态量的收敛。同时针对整周期控制方式在超调后状态量收敛速度慢的问题,通过分段连续推力控制模式(Segm en ta l Con tinuous T hrust Con tro l,SCTC)来近似瞬时脉冲推力控制模式,并给出了最短分段控制时间的计算方法。实验表明,SCTC模式加快了轨道状态的收敛速度。对于km级入轨偏差,通过1次控制即可使实际轨道收敛至标称轨道。     

空间拦截末制导段能量需求分析

为了研究空间拦截末制导段的能量需求,对导航与测轨误差模式和空间拦截交会条件进行了分析,并建立末制导段仿真模型。使用Monte-Carlo法仿真,获得不同交会角下和不同拦截概率下拦截器所需的能量,并讨论了交会角和相对速度对拦截器能量需求的影响。