卫星导航技术专题讲座(三) 第5讲 卫星导航增强技术

卫星导航的应用将导航带入了新纪元,然而现有卫星导航技术仍然在精度、可用性、完好性以及连续性等方面无法满足很多场合下的应用需求。为了提升卫星导航系统的性能,人们采用了多种手段来增强基本卫星导航系统的性能。文中讨论了多种常见增强技术和系统,分析其工作原理及相应的性能特性。增强系统作为基本系统的有效补充,今后仍将会在导航技术的发展中扮演重要角色。     

基于卫星云图历史资料反演云团非线性预测模型

针对线性预测方法难以有效描述云团的非线性、非平稳变化的困难,基于经验正交函数分解(EOF)和遗传算法参数优化结合的思想,提出了一条云团非线性预测模型反演的方法途径。首先将卫星云图序列作EOF的时、空分解;在此基础上,引入遗传算法对EOF的时间系数序列进行了动力模型重构和模型参数反演,建立了EOF时间系数的非线性微分方程组;再通过时、空函数合成,构造了云团演变的动力预报模型。试验结果表明,反演的云团预报模型能较为合理地描述特定季节区域内云团演变的基本趋势,预测结果与实际云图的主要特征基本相符,尤其是实现了云图3h以上的中、长时效的客观预测。     

基于神经网络信息融合技术的卫星定姿算法

姿态确定系统是卫星姿态控制系统中的重要组成部分,卫星姿态确定的精度直接影响卫星控制精度.为得到高姿态精度,针对由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit),红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态确定系统,分别采用BP网络算法和径向基(RBF)网络算法对不同的姿态敏感器的输出数据进行融合,并用STK(Satellite Tool Kit)数据进行了仿真.仿真分析结果表明这两种学习算法均可以提高卫星定姿精度,相对而言,RBF网络无论是精度上还是收敛速度上均优于BP网络.     

SINS/北斗/GPS组合导航系统研究

对SINS、北斗双星定位系统以及GPS全球定位系统三者的组合进行了研究.应用联邦自适应卡尔曼滤波技术实现了SINS、北斗和GPS的组合导航,建立了组合导航系统的数学模型,并针对系统产生的量测延时和异步问题给出了较好的解决方案.最后对系统进行了仿真试验,仿真结果表明该组合导航系统具有较高的精度和容错性能,此方案具有较好的工程应用价值.     

基于HLA的卫星探测能力仿真评估系统研究

根据卫星探测舰船目标的特点以及高层体系结构(HLA)的原理,研充卫星探测能力仿真评估问题.提出了分布式、模块化、易扩展的卫星探测能力仿真评估系统结构,并根据该系统的功能结构进行了对象类和交互类的设计开发,并具体介绍了联邦成员的实现过程.仿真结果充分验证了模型和方法的有效性.仿真系统的研究开发可以为整个卫星应用系统作战效能的分析评估提供平台和依据.     

卫星跳频通信系统同步切换方法研究

多波束卫星跳频通信系统中,不同的波束使用不同的跳频图案,当移动用户在波束间越区切换时,如何同步不同的跳频图案是系统设计必须面临的问题。文章提出了卫星跳频通信系统同步切换的一种方法,在详细描述该方法基础上,计算了该方法的帧效率,通过对结果的分析,指出了该方法的优缺点。     

返回器飞行管道的快速预测算法

针对返回器回收任务中对安全空域和期望落点的计算需求,提出了基于Koopman算子的飞行管道快速预测算法,给出了搜救直升机安全飞行空域的判定流程。建立了物伞动力学模型,利用Halton采样方法从随机空间中均匀采点,计算得到多条可能弹道;采用Koopman算子的后拉机制,将初始概率密度值与当前状态关联,得到不确定条件下返回器及其分离部件的飞行管道和期望弹道。仿真结果表明,基于Koopman算子的飞行管道快速预测算法在收敛速度和精度上都要显著优于Monte Carlo方法;利用飞行管道计算结果对搜救直升机飞行路线进行规划后,碰撞风险最大降低54%且搜索时间减少70%。飞行管道预测算法已成功应用到嫦娥五号的回收任务中。     

地球静止轨道航天器绕飞持续观测任务轨迹规划与控制

针对地球静止轨道(geosynchronous orbit, GEO)航天器的高清观测任务,成像卫星在连续小推力作用下接近GEO航天器,对GEO航天器自然绕飞并以有利的光照条件对其持续观测。针对Clohessy-Wiltshire (CW)方程的偏差问题,通过修正非球形摄动和重力加速度二次长期项偏差对CW方程进行改进,补偿非线性偏差的长期项和主要的摄动项。在轨迹规划问题上,计算绕飞轨迹的初始相位角区间,以保证成像卫星在整个绕飞任务中都能够以良好的观测角观测GEO航天器。基于CW方程和改进的CW方程对成像卫星接近和绕飞GEO航天器全过程进行仿真,基于CW方程的仿真没有达到预期目标;基于改进的CW方程的仿真达到预期目标,全过程所需施加的总速度增量仅为4.67 m/s,工程上具有很强的可行性。     

卫星移动通信信道模型及仿真

对移动卫星通信的三种典型信道进行了完整的理论分析.通信信号在不同的信道参数条件下,经过瑞利(Rayleingh)信道、莱斯(Rician)信道和阻挡效应下的莱斯信道(Rician/Lognormal)进行了计算机仿真,得到了仿真结果.经分析比较发现,信道参数不同,得到的误码率曲线不同.信道的性能主要取决于信道参数,各种因素的影响可以归结到这些参数的影响,理论分析和仿真实验结果一致.     

HLA的天基信息支援下反导作战仿真系统OM设计

随着卫星等各种导弹探测预警装备的发展,区域防空反导作战中探测预警模式发生了重大的变化.为了能在反导需求的牵引下充分的利用好各类探测预警装备,提高防空反导作战的效率,有必要对天基信息支援下反导作战系统进行仿真.HLA是为了支持仿真应用间的互操作性及仿真部件的可重用性而产生的一种新的分布式仿真体系结构,而对象模型(OM)的设计,是HLA技术中的主体部分.分析了天基信息支援下反导作战系统的组成及作战流程,并依据HLA的开发原则,设计了该仿真系统的OM.