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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器; c: [6 V9 a1 R8 C; r. _7 Y
主动段轨道估计与误差分析: ~) v: d0 N3 R, w7 P+ v
摘 要：( F# @" e& ]* U# D$ f) r* J
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
0 [2 C6 Y# D0 V4 l7 f* s4 `# O+ {" v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) w; O( f1 F; t; v
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& H6 s7 w% J, |$ N1 X e8 ? g5 K
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: G3 u R4 |0 b# u
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) `) P. T' t& 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
, \! m% s9 b$ m# j& D2 A5 P8 E, U计。$ K; R, H6 j$ b/ H
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 g" J" `2 }8 O4 `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
( J t! I% f! {2 G是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v
, G8 W* h {. E1 U, |$ M和末速度i 1 v7 h, p( C+ Q& P/ J. T% p( _9 A
的平均值2; X9 s2 L5 u8 T# ^: c, L
( ) 1 i i v v 1 z' ~1 w3 q" z1 x6 U' |2 y6 Y6 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4 H! y$ h# c9 O7 J- _4 G
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 J; Z' o: v* @ {/ Q- i7 l
并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。
! G' G$ C, m9 z% F$ `. ]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
: K, n4 S) E" [& q# D: [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
) I# m0 p7 y- O6 _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
/ Y" B* n& s! k8 V6 F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
* T4 n' Z+ |' x, k# T% _; [3 F- m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
' e: x% \# y; O! V" @2
/ n1 y3 W# w* |8 [" B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
4 C' j4 c- z# t6 i: g5 p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) j/ A E2 r+ T
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
( F7 D( @0 T# c1 w6 R- S6 v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 H, o ]% }$ M6 x( 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
; l' o, T2 v9 ]0 J7 K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
; s+ \. q7 H0 R% W) [; R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# G+ e+ H I/ o: z7 t' n
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。9 o8 f9 m/ K" Z& M9 b
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+ W& A1 j. U s$ }2 \4 X1 |
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
5 i# M8 r9 e! _. m6 v9 {1 ~0 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2 F, `- o7 E& ]; d, p7 u' l3 w
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- s; f; y# z6 J9 N# o F" a* 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: h+ K0 d9 J0 ]6 X8 \
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! H" o/ m% G7 L8 f5 S
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。; ^: c' L9 S! {) w. T
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. K* o( H# ^4 U4 x" x9 l: A
; G- ?% f. i/ n, \) @# d
: N6 w: _% a: k/ m: `( p0 u% q
B10459002郭郑吕.zip
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3 w9 r; a% m4 {) |/ }1 E0 A; s; @ |
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发表于 2013-7-30 05:20
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