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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器
5 `; W6 Z( c( V# w& K+ v& w主动段轨道估计与误差分析
2 ?9 ~# o1 x) Y9 Z& z# m摘 要：
- p5 }6 f# S1 ?$ |8 N/ }1 v8 p. {. @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
1 @! y% ^" f& m1 t) 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% |$ v4 y2 v( R' J# m
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1 l9 K9 `) F8 c7 ~( j O$ |
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
0 G' z5 {, R" z s- B3 X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6 [0 f0 A) y. W0 x. }, E, g2 p5 I
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, e: e: ^$ d. z* V, f' u4 p3 ^
计。: F& d* q3 \. |5 l
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
& U2 A! s" [& k. i7 w b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
2 @9 t( F( w- w+ W) a2 s2 j" t是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v3 k9 Z5 S& _: P, }% }0 p p* j
和末速度i 1 v4 ]- i; S9 h+ t* n
的平均值2
- v8 Q; i0 |( Y2 m# f" e. q( ) 1 i i v v ; ?- b9 _, E# p! y% _0 w; ~
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
0 @$ Y, Y+ r$ S N, y8 G8 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
9 H& d( W# _8 u5 Z# {! v+ H并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。
: V8 Z1 o! E2 Z) x7 `. z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
" m; ]# t* P. g( p! `' o2 b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
2 g8 i$ J% J( N$ P/ N+ k! R* ^4 `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
! k, k. Q% M g$ B) ^) `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
; { j3 F# W6 u( {. H: W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
' Z% A- i+ h* b2" N. m3 I, u, 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06
^' e+ f. k4 _; g# C4 N; r/ S1 H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
3 {9 S n7 Z9 _# ~1 e0 z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' k, q2 P' i& S9 I
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，
7 X: I# v, c" E3 k& M+ A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* t3 |4 U" M# W' n' i, J8 p& m' H
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- k# V4 y% Z6 U, A* \3 _" |9 L
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8 ?) _# V0 ^1 W! `
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。% Z: e9 D( l# B* C( u% ]7 u
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
) k1 c7 x% o8 s6 P& A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' z& |" L4 [/ t* i! ~, ^
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
$ o- F8 z j, Y3 F7 D7 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
" H! D3 p7 q/ q* {; D' B" H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) r# K7 B+ L) k8 i. 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
4 ~# F4 t& F+ y0 V3 t. J' Y一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。" @' X2 h s0 Y& b d
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- ]5 q* g) p) i6 e- R+ ^
9 z) E' S9 t* Y
0 `& E( r' F5 ?4 L: h
B10459002郭郑吕.zip
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6 S9 l, H; n0 P# |. J8 x( p6 T
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发表于 2013-7-30 05:20
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发表于 2013-9-8 14:49
