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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器: q/ s" ^, P4 o/ ]7 I% ?1 v
主动段轨道估计与误差分析' y' m u! v% F! B( Q0 N) _% z
摘 要：# `3 `2 u7 ^$ t1 E
发射特殊目的的空间飞行器，对他国发射具有敌意的空间飞行器实施监控并+ J! ~: U6 N8 D# d
作出快速反应，对于维护国家安全具有重要的战略意义。发现发射和探测其轨道# q" T4 u' m1 C; n+ _9 L. S) Q9 }
参数是实现监控和作出反应的第一步，没有对飞行器的观测，后续的判断与反应+ G+ k$ k/ [6 e
都无从谈起。观测卫星，是当今探测空间飞行器发射与轨道参数的重要平台。本- K5 u9 J. n x4 I! H9 ~5 b1 Q
文根据一系列观测数据以及运动方程，估计出了观测卫星在任意时刻的位置；按
$ u4 W7 K; T: ^! i! E照逐点交汇定位的思路估计出了飞行器在各个时刻的位置、速度以及其误差估, q# |5 J4 d0 i: o2 F5 S p
计。
3 [9 m/ B8 x1 w# I) ~对于问题1，本文采用改进型的欧拉折线法对09 号观测卫星的运动轨迹进
1 i$ U5 G; F; ]; X行计算。因为步长t 比较短，可将观测卫星从it 到(i 1)t 这段时间内的运动看作4 Z' h8 k' k, x( a
是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v6 |* t$ u5 l7 D. ~
和末速度i 1 v
8 g) H. U! L- n: @* u! B# f的平均值2, V! {, @, Z! L$ V: X& P; V
( ) 1 i i v v , D N8 W9 V4 ?; `: C/ U
作为整个这段时间内的速度。这一方法同观测卫星的运动方程结合起来，求出了# j) |. v6 d! R8 ]% X' O
其在任意时刻的位置、速度、加速度值。在文中给出了解决这一问题的程序流程! F4 A! X( [7 b4 ^5 e
并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。' Q- W- A4 I6 h$ S) B* M
对于问题2，其一，本文利用小波阈值滤波的方法滤除了06 和09 号观测卫
; K( g" w2 L3 |" O6 v8 f星对00 号飞行器观测数据中的白噪声随机误差，给出了滤波前后数据波形的比
9 U9 t0 p: r' k( x. z较以及滤除的白噪声的波形图；其二，利用线性插值法这两组数据同步，同步为
, }+ j2 j& }# \3 K$ h都从50s 这一时刻开始，每间隔0.2s 取一组观测数据，直到第170 秒；其三，给& A' s, N7 T9 y0 w4 z: ^6 X
出了观测坐标系与基础坐标系之间的转换矩阵，将处于观测坐标系中的观测值转, @: A$ D; p' p
2
* }6 |- `4 M) q; `6 C换到基础坐标系中的相应数据；其四，按照逐点交汇的思路，定义一个表示066 w, @. R9 P) L- }
号定位值和09 号定位值距离平方和的函数，并对其求极小值，从而得到一个最0 v8 {4 F' ]: n% A
理想的定位值。利用拟合的方法，拟合出了飞行器x，y，z 三个方向的曲线，并4 e( n, f3 X/ d; o9 H* c( h
绘制了其轨迹仿真曲线。另外，文中还给出了拟合曲线与定位置对比图和误差图，. u; Y1 q) b+ ]3 k2 o# K Q
证明了拟合的合理性；其五，根据已估计出的飞行器轨迹模型，估计出了飞行器: _% h6 I# j9 X9 i% H! m% D
燃料喷射速度和质量变化模型；最后，给出了飞行器从50.0s 到170.0s 间隔10.0s
# k1 d$ I C9 D& I! q的位置、速度采样值以及采样点的误差分析。很明显，误差对比位置值是非常小! A {% \1 `0 m' u
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。
4 i7 s& ~2 R# p; l8 X8 N! j/ x对于问题3，在仅考虑常小值三轴指向误差的情况下，首先对系统误差合理
8 Q2 q* \7 K+ U9 W5 X的假设，将二维观测平面转换到极坐标系下，建立了关于观测量、真实值和系统) L( p2 W& V7 u; o& y1 j8 G
误差的数学模型。运用最小二乘估计的方法，估计了系统误差的值。接着，剔除
3 R1 g7 j, f+ K, _系统误差，用接近真实值的数据，运用问题2 中的方法，对飞行器的轨道进行估" V6 t0 A) R6 T( z
计，并求出50.0s 到170.0s 间隔10.0s 的位置、速度采样值以及采样点的误差分/ g& e' c' E* f1 s
析。误差分析可以看出，轨道估计的误差均值和方差都在很低的水平。因此，从$ L# |1 H4 l1 s/ y1 A. G: x6 p
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。3 j8 [& c/ d) m- `7 v8 I
关键词：飞行器 欧拉折线 mathematica 小波阈值滤波 线性插值 逐点交汇7 K* [% ^5 n* c4 a
( q5 M: B4 t0 {. q
0 F' K6 X1 ~ Q+ B" S& z, T7 ^
B10459002郭郑吕.zip
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$ Z. [- N5 R% T V1 _2 ^: P |
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发表于 2013-7-30 05:20
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