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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器
5 Y* m& d2 g( J: K9 B主动段轨道估计与误差分析& ~6 b* ?+ M2 F9 K- b: J
摘 要：
2 d/ V$ E8 G. _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! S- Q' {& b# Z [4 S$ u' j
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
, [9 o4 [ S+ S0 [2 ~% c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
# k- O( e! k. T, w5 Z9 ~8 f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% M% z1 m! [5 W# {) o5 h( k
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2 F! c; M. a# g' P
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
! x/ ~$ q0 j) A0 s计。
- k7 @4 [4 i- |1 }* a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* L9 s6 v5 g ]
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
# x3 I7 K8 j- X& M$ V- k8 h/ d' e是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v
R- R- }' I, L% h' y0 o和末速度i 1 v& N1 ?9 w0 b' g% H% `. e
的平均值2
$ C: B- ~( s' b4 i( ) 1 i i v v
$ Q$ x7 F6 b) Q* W: j, P# \3 }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
& [; ^; d |6 J5 y9 U5 F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/ m+ d3 }4 I8 r) |3 B
并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。
: e$ P* S+ u( y! x& f6 V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3 A2 d. b1 `. k; }+ |! l: T
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 b3 V& d5 ?) {
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3 v6 Z. w2 J/ K
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
+ q9 B$ n7 T' C$ v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
- E# C5 e; \3 R2% P+ F Q( x8 G8 n) X: a1 P# ^0 g
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06/ p. Z/ K" }* ?3 W
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9 c$ R z& u+ W* e' O) i1 w
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! E* y8 k0 ^ x" J
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，
4 h# M7 `7 p; m9 w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
" U3 S/ _% o- X% M6 l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
; o1 }6 X$ J5 v: {- _& f, k) Z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' [$ w, d4 M4 `
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。* P+ I& u/ W0 b: @% v
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+ d0 y0 Q* u* ^3 }. X8 S
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( ?9 b" ^- v2 x# O: {1 ], G' ~) l
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/ t6 Z0 Y7 [* i8 } B5 s# J
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2 ?+ F2 F2 ]3 t: s
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. [1 H% q& i& \* n+ 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: X( ]& Y1 r7 C9 `6 s" B) }% E
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。2 G! g- G) z* l D9 v0 j! r' j
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
* |! f: a4 X& g
" ? R8 W5 z; ~( Z; q' s2 g8 s5 v5 U. \) H1 {/ m* k# k$ G
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: J9 y' _; g* g# e# Z! i. Z
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发表于 2013-7-30 05:20
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发表于 2013-9-8 14:49
