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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器
( g7 Y1 r6 u* M4 V主动段轨道估计与误差分析- H3 Z9 W' P9 b- N1 L
摘 要：: t4 N; ?; N7 I$ 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
. r; M6 l L! ^ {6 N8 N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/ R% Y8 W: r8 w4 q; W
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
) |; W. ~) J1 z8 P/ s# ~$ N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3 C- x' s1 S/ F8 a S
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
7 s0 ~7 E3 e0 C6 j3 V3 P8 y* H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
0 l" }8 H. ^. }, U- u+ T9 ^1 q计。
$ I# g; ~7 \9 B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
$ w' m! y9 v0 X& j6 I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; ~7 V) U) U$ L( \, L K
是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v, Q( D1 g! d& j' d5 |
和末速度i 1 v# }1 |* a* ?( w3 B& M1 Y
的平均值2
( O+ {. ?) k- q6 I9 T/ N( ) 1 i i v v
$ I8 H c7 M" a* O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) _% Q1 Z% Z1 H0 k" m. j
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 p- O+ p3 ?! c9 c* \
并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。
" ~# n \8 e5 J* f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, y" h R4 u. w4 k: ^
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: @7 I( }- _: v) f
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
, I" h( m* d; n! D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8 s( [% \2 j4 J" o! @9 @7 X4 |) {
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
0 B# z5 w# g+ e6 B9 W5 J2, c6 J& M. f( H# r
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069 ], E1 W% l R' U5 u
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
8 o( v4 E6 l0 K5 f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3 [) j* v* l. ~* O% O' w; l
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，5 r, D* r( o" t1 W6 n+ ^
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: D4 O. X8 H# ^# V2 K
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) Z% H* Q$ E& J
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3 }- W4 g6 R( M' t) S! }" d
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。
. W6 s5 i8 X* c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
+ K& U# K9 o* Y+ i: B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
" \, X! k; Z. }' |9 Z- m/ @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
6 Y7 j; v, {1 l# u* G/ S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
) I0 G- Y7 R$ l9 e$ }# T$ v+ F3 V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
7 {9 u3 L f- t4 I* ?9 o, w+ A1 g: K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% {9 Z8 g0 J+ Q; y3 e3 }' U
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。
% m0 y- `4 g! [, O/ }; M& R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0 d* u/ d# P: I s8 Y
. Z; X& R' `& l9 N7 C P/ e
) s, X( v+ X. g! B4 w# z
B10459002郭郑吕.zip
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" Z: V7 W) m) n$ T7 O1 ^, E, K
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发表于 2013-7-30 05:20
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发表于 2013-9-8 14:49
