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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器. H4 {! H5 h, ~* E0 z& J
主动段轨道估计与误差分析7 ?4 w; c( M$ b- S6 t6 V
摘 要：
2 k6 u9 l* A# e; a& ]) h) B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, | T o8 J. N$ e4 _# `, ~
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
: I/ |+ Y" U0 b6 u% k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 E. E' ]9 ^$ e
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
/ l3 u9 A" a4 x" e2 F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$ ]/ l7 B/ A r; K& L
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/ I( o5 r8 ^: E1 t6 _6 D
计。
- z7 C% q5 }6 ?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; ]- w( ^- Z$ c8 m! `
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
0 @; d* X# q9 |7 l是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v; c! V5 J2 S: K C* L
和末速度i 1 v- m1 V0 s& Q1 m: ]; g4 X
的平均值2
2 i, [7 d. X, G! f. _# [4 f( ) 1 i i v v / M& R- _- t2 v* W2 I8 h( D
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! ~4 c! v' I6 G' T
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: g3 G: |0 p! L. r1 e0 s并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。( }: b( C) Z# p) |# a* ~9 J
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
' E% p/ `" N2 _* W! m' P7 Z! K( f" c6 L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1 U' @3 H1 v0 t4 r. b
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 U9 v/ s) g; I% E8 u5 }0 J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" K, N8 q+ z+ O* h+ `; C
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: f4 p+ z7 U# k/ U; V: e
2
! ^/ H1 m- ^' k. z! W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
6 U# ], O- w4 v( 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
; Z! Y0 |( Z# E' Q; n! `! a$ G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4 i4 g- r* z4 t6 A; E
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，5 o+ Y" {% v: ]: H2 D; l9 Z
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
( W$ p2 ]2 i0 _( i5 {3 X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
, W/ G2 q* H# q/ g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' M* G b9 g2 o( a+ B; K
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。6 w M, r j9 q/ [2 \8 r( r! C0 }# E% k
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
5 T8 ^& @3 V9 k) `5 B9 u4 T/ ]5 ]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: ^( w8 \- `5 |3 U+ 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
: p, ?' {" `- j8 Q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
% v V8 T7 z# Y' M/ f# v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 g1 l9 [. B+ M" n" f
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 U8 R3 y2 [5 t% e2 ]1 Y一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。
4 H, M4 m0 i0 \4 a2 S: O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 S, z) y0 w7 g8 t% ]
9 v: Y& I+ J6 v
) k, K6 P4 i8 K( I
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发表于 2013-7-30 05:20
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