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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器
\& U+ l% `* f- E主动段轨道估计与误差分析
1 ?' [* {( Z' o摘 要：
& I" G+ w: x: b+ q3 n- B) U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& ?) P$ W0 E9 ]7 M% a8 }) e
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* K4 T E( P9 v! O) k- H2 N
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' h% N) Q+ f3 y4 {4 S
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
. `( }% @8 l7 P) l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 u& E6 O' V+ r4 m" v, ]; 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
! q) s# F- g8 R1 s# L7 U7 P" T7 x/ ]计。
7 e! {& E! g+ o5 Q. }2 P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
4 r3 G4 w X( Z2 K$ Y( u* _6 j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
6 z& G9 {# r) T* ]$ z是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v! s A, Y, c9 Y9 B
和末速度i 1 v* f# o: f. b# y4 \" r/ K6 o
的平均值2
2 C' ~3 L) H+ N( ) 1 i i v v " h( u3 z. K# i* B% V
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
, x$ ?! O* s1 H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
% Q* v; J0 ]* x- o( U6 _3 n并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。2 Z* I5 K, z- Z/ O) D: r, G6 Y
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
& P* ?. Q" @' t# @9 m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& ]' S" X6 [8 r& ~+ r, d1 d
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' r; e3 g0 C" E8 b2 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; w# Q; `, V% U
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2 N/ }1 W8 Y" h. S1 q! @- O3 i# B2 Y' E8 \
2
) I6 e2 U5 p7 D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
5 f7 P/ a4 A6 M! I/ m! u1 p- ^7 P8 P: u8 `+ m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& Q9 e6 y, ~3 [+ E# A& h0 h; @* \
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
& n& I: m5 W" p; @' T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，
) \6 Y S% Y4 U+ h9 m7 e5 x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% g8 W# J4 e% a1 B( l7 T" _
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
4 b6 _- a$ l! 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/ ] n" i p/ S, x
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。
1 N# z R7 Y' R; ~0 |( Y1 D) \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
! m" [5 v1 H5 s- M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( Z5 T* |- H* |# P$ l, [+ s
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
8 U, @2 F7 X. L* \# T% x+ ^4 _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' I& m& h" m% G1 K, E7 r
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
6 e6 b) T$ a* w! `. ` E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6 ~7 u# @# s) r+ V4 H
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。
2 K( W3 O' [$ k. t5 P0 ]* X$ N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' Y$ L4 j+ q; D0 ^
6 m4 U1 d/ ?& w
1 D( o! C1 {$ a, h* j0 K' Q
B10459002郭郑吕.zip
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! q# S+ q R, W8 v- ^" Y) S$ `: ^) {
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发表于 2013-7-30 05:20
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发表于 2013-9-8 14:49
