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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器
4 S( Z2 t" N% x% x5 f4 o主动段轨道估计与误差分析
: W* V& ], X9 J; o8 D摘 要：
4 l) y' q8 g1 i* ^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2 Q+ L$ ^7 W7 Q6 @
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
) L6 [* _5 e2 {# X) {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; U1 }% _5 v: p
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, T3 D$ n8 Y* _$ |' p6 r3 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; o5 N( E$ u; g' d/ `# D4 f
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 l$ H. F7 F1 E( [, O
计。2 o! z( N' [7 ^3 I8 o
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% c4 J0 O% Y( n& x r
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% O7 a; Q. d* k- x
是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v
* U8 e4 t# U" p和末速度i 1 v
; u, k3 d4 U& ], }- k2 I4 z的平均值23 f# U8 i5 B# ]* t
( ) 1 i i v v
8 \, ]- f& b4 D( s' I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* O2 w# b; i, 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9 D- @; J4 [9 Q. E- N
并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。$ e4 i. c' j2 v, c: P* 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
A7 W# C# _' Y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% q% e0 i/ E$ u+ T2 l2 J
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
4 |3 {. {" {$ y0 j/ O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
; l8 \$ e8 p- N/ L# l. H- K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
$ v, h0 N* ~. ]. J4 r, L6 A23 X' E9 R7 W; A" F; r5 N
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
/ L! p- v6 \# ` ?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
1 m9 y: H% l0 p/ e$ R- c( M+ t# O3 `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
! z- w7 b7 c! X) H5 N: r. R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，
+ d8 T' T5 b, Y* `' ]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
; ]3 S& ^1 n F9 Z' [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! c( s* A+ ~0 i B
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$ J$ ]. u9 E# j" v5 @7 J" ^4 \
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。3 T/ Z& z+ }/ j/ \+ K# n/ z
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4 U- V7 A6 X6 ?9 l" W h
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, C1 A; A6 I) P/ i4 C( T* |8 x) U
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
+ n1 i/ Q" O1 V1 b. V# {7 |. X9 \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
/ y/ s W* B( }6 i L' c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
" X& k4 Q+ y" N& M/ c" h H, d: U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; \" s- C# \- y
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。5 M* l. M4 V+ W1 ~! r* T& 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
1 c+ p$ O8 X8 a4 d4 d
( y) Q; z5 W4 l" z( ^
0 m8 i+ ^8 w" N: C; z) U* @
B10459002郭郑吕.zip
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# L; T4 h) ]/ x' \) q
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发表于 2013-7-30 05:20
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发表于 2014-9-13 07:55
