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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器$ h- f5 t! S; b, G/ B% {9 ~
主动段轨道估计与误差分析
, M. D4 i+ i1 O1 g* ^摘 要： K# v( z0 ~4 a" j+ f0 ^8 D
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" H0 |) v2 [7 s0 M
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( y" i; w3 B" l+ F3 D( m S( _
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
) b3 T5 |$ v7 Y9 A: @, X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
( ?5 T. C8 x( P6 J, ~, 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 z9 j( j5 b! |9 e3 b
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3 m( c+ [) n# O) c6 N/ _3 Y
计。
+ Y" t4 D/ T$ i! r/ g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
& T2 N2 V0 x* Z6 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7 R$ l. a6 q1 C0 K; j ~6 Z
是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v) n7 ~( z% w O1 k3 g { C; [
和末速度i 1 v
. k9 y, g5 Q c1 |2 A% p) P的平均值2. }/ s: i- A+ S$ {; U& Y
( ) 1 i i v v
9 Y9 O. ?7 T$ c2 ?8 l( 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; I3 J1 d2 ^" m' B6 Z
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
- a: K' Y/ z, Z5 ?% h* G8 N并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。( L$ W. N. F/ Z! {5 E* h
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$ ?# W3 d/ b1 k+ b' s- S O/ 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
: t9 _% S, W2 j( R7 s8 ^* u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
2 f" o! x0 e2 G" l0 r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' |% T: E! V# v, x: I
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# H+ t9 e g0 d
2' f0 `6 U. U' f% A+ Y2 c4 E
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$ s* {7 V5 v" I9 x
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
2 m6 V2 O- P1 L! f. ^2 [# Q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
$ F. X9 k3 ], e' c" P3 g) P4 ]2 m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，
% P- m. {7 `/ J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; i0 @- l& R, `: F
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
- y& b% a. ~0 _2 K n) I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
% r( C7 o, L$ J- ]7 o* H: S3 A的，这也能证明本文使用的方法的有效性。
5 T+ Z+ e& b0 }% [& s8 s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 f: k/ E5 W7 O0 u# }! t- b2 @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
+ F8 b( w. F. \2 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* D( z0 f' q2 q8 R0 V+ ?
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
4 W; Y3 P' e% D: Q& |( X" I. l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 \0 m" o; d: O# `: c- M) Z! T
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$ T, i% I1 f5 j6 Q
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。
* C, ~& \" Z* r- y& { \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# m4 G) A2 c$ Z9 Y
6 h& P2 q2 i# U
% ?* h4 Q4 q$ l- A
B10459002郭郑吕.zip
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3 B% e3 h S' H8 o0 E |
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发表于 2013-7-30 05:20
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发表于 2013-9-8 14:49
