卫星轨道Kalman滤波稳健估计

卫星观测数据中不可避免地存在着粗差 ,一般的Kalman滤波易受观测粗差的影响。首先推导Kalman滤波稳健估计公式 ,并分析了它的稳健性。然后用Kalman滤波稳健估计对Lageos卫星的激光实测资料进行了处理 ,证明它具有明显的抗粗差的能力和稳健性     

群时延傅里叶分解模型及其估计方法

建立了基于三角函数级数的群时延模型,并理论证明了仅采用有限阶数的三角函数群时延即可表征任意群时延对信号相关峰的影响。在此基础上,通过测量信号相关峰,并与不同三角函数群时延组合下的相关峰进行匹配搜索即可估计群时延的三角函数分解级数,从而估计得到相关峰影响等效的群时延特性。仿真中,采用该方法估计得到的群时延特性对滤波器进行修正后,信号相关峰与经过滤波器之前的信号相关峰高度吻合,时延估计偏差在0.1 ns之内。     

北斗系统星载原子钟周期性波动的频谱分析校正方法

在建立卫星导航系统星座自主守时时间基准时,必须消除星载原子钟钟差数据中包含的周期性波动,以免将其引入系统时间。针对这一问题,基于国际卫星导航服务组织(International GNSS Service, IGS)提供的北斗系统星载原子钟钟差产品,提出了一种基于频谱分析的星载原子钟周期性波动校正方法。通过比较校正前后钟差数据的频率稳定度性能差异,确认该方法能够消除由环境因素引起的钟差数据周期性波动。北斗系统各类卫星星载原子钟的性能在校正后都得到了提升。地球同步轨道卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升50%左右,中轨道地球卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升23%左右,倾斜地球同步轨道卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升15%左右。经过校正,北斗二号和北斗三号系统中的星载原子钟普遍达到了地面站铯钟的频率稳定度性能,为完全基于星载原子钟的星座自主守时提供了基础。     

卫星导航系统功率增强子星座优化设计与性能分析

卫星功率增强技术是提高区域导航信号抗干扰性能的一种有效措施,在卫星导航全星座中优选出卫星数量少、服务性能优的功率增强子星座,是新一代卫星导航系统建设迫切需要解决的问题。因此提出基于卫星数最少准则的功率增强子星座优化设计方法,详细介绍设计流程、数学模型及最优解搜索策略;定义了可用性水平、精度水平和覆盖范围等指标评估功率增强子星座性能;以GPS为例,分别针对覆盖点目标和区域目标两种应用背景进行功率增强子星座优化设计及性能评估。分析结果表明:全球范围内任意目标点进行功率增强需要12～17颗卫星;实现对我国沿海地区的连续覆盖需要18颗功率增强卫星;覆盖整个亚太地区则需要全星座24颗卫星都具备功率增强能力,这样才能满足其连续性和精度要求,此时最优功率增强子星座的服务范围可扩充至全球区域。     

单星定向原理及GPS仿真试验

介绍了一种新的卫星定向方法,该方法仅利用一颗地球静止轨道卫星完成定向;介绍了利用GPS卫星进行单星定向原理验证试验的方法、条件和结果。试验结果表明,对于3m长基线,单星定向精度可达0.05°。从而说明利用一颗地球静止轨道卫星进行定向,在原理上是正确可行的。     

多目标多火力通道云调度策略研究

在水面舰艇面对多目标饱和攻击时,对多火力通道的最佳调度是水面舰艇自防御武器系统火力分配的关键问题。本文采用云模型方法将多目标威胁判断与反导武器系统多火力通道状态相匹配,通过实时评估目标威胁等级、武器系统抗击时间和最佳抗击距离等因素,提出一种兼顾目标和火力通道实时状态的新调度策略——云调度策略,有效降低舰艇损伤程度,提高反导武器系统抗击效率和抗击质量。仿真证明,此策略可提高整体反导防御效能。     

基于线加速度计的高分辨率光学影像颤振检测与重建方法

卫星平台颤振条件下,推扫式高分辨率光学影像成像往往产生扭曲,从而影响影像的定位及信息提取精度。针对当前颤振下影像成像扭曲补偿的问题,提出一种基于线加速度计测量平台颤振下的稳态重成像模型实现高分辨率卫星颤振扭曲影像的重建。采用受平台颤振影响而扭曲变形的高分某型号卫星全色影像数据进行验证。分析结果表明:提出的线加速度计可以有效检测并测量出平台的颤振,设计的颤振影像地面重建模型可以有效提高光学影像成像质量,补偿后影像扭曲变形现象明显消除。     

基于磁强计和光纤陀螺的小卫星姿态确定非线性滤波算法

提出了一种小卫星姿态确定的非线性滤波算法,该算法利用三轴磁强计和光纤陀螺作为姿态敏感器。在非线性滤波器的设计中,从两个方面对平方根sigma点卡尔曼滤波方法进行改进。第一,把姿态四元数的矢量部分、光纤陀螺的漂移和噪声组合,得到滤波器的增广状态向量;第二,分别建立向量旋转模型、最优化模型和误差四元数乘法模型来确保非线性滤波过程中四元数的归一化约束。仿真分析结果表明,本文提出的非线性滤波算法能够有效地提高小卫星的定姿性能,与扩展卡尔曼滤波相比,具有较高的精度、稳定性和较快的收敛速度;与无迹卡尔曼滤波相比,收敛性相当,但是精度略优,稳定性和计算效率较高。     

导航卫星上行注入任务调度模型及启发式算法

合理安排导航卫星与地面上注站星地链路构建与导航电文上注,对保证星上导航电文的准确性和精确性有着重要意义。对卫星导航系统上行注入过程进行了分析,构建了上行注入任务调度问题的多目标混合整数规划模型,设计了基于规则的启发式求解算法。基于北斗二代和美国的GPS卫星导航系统构建仿真场景,仿真结果验证了模型和算法的正确性、可行性;通过分析仿真结果,得到影响卫星导航系统上行注入任务完成的关键因素。     

基于IGSO卫星的多普勒定位单向授时方法研究

针对导航战、城市或者室内环境中,可见卫星数目小于3颗,用户位置未知时,接收机无法完成授时等问题,并结合我国已有卫星导航系统(北斗和CAPS系统)现状,提出了一种基于IGSO卫星的多普勒定位单向授时方法。该方法通过测量卫星信号的多普勒频移,采用积分多普勒计数计算用户位置,完成单向授时功能。分析结果表明,使用3颗IGSO卫星搭载透明转发器载荷,可使我国领土范围内的定位授时可用性基本达到100%;静态观测用户,长期测量定位精度可达3m以内,授时精度误差小于100ns。由于该方法最少只需观测1颗IGSO卫星信号,这为导航战背景及微弱信号环境下的定位授时服务,提供了新的解决方法。