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[2012B题优秀论文] 基于卫星无源探测的空间飞行器主动段轨道估计与误差分析(包含完整程序代码)

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    发表于 2013-7-30 05:20 |只看该作者 |倒序浏览
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    题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器& H9 F5 ~3 t- T) j! J- [# H
    主动段轨道估计与误差分析& f* q" c1 f  @6 w
    摘 要:/ R% F: e, V# M3 g- z' ?% j7 F
    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
    . v! y* d& r/ V/ P2 n0 l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
    * p) O  ~, u+ i9 W9 j$ Y9 Q+ x4 i+ e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# J' _9 b3 a$ j, {
    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6 `, o; |$ c3 G9 B
    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* T0 X9 A  Q/ \: p: z( y
    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
      ]' F8 [' S) J  I7 m$ C* X计。
    3 ~% X0 i0 R% b/ ~! S( c, A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
    , P; [, p+ T6 @$ L# a# x7 B  V: ?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
    ' r0 B" }; L# q8 G; w/ k3 M是匀速运动,并以这一时间段内的初速度i v) i  ^6 d9 ?- n  w1 t! A
    和末速度i  1 v
    2 c. y% E% G9 k& L( |4 l的平均值24 o, m" l. f# e7 j
    ( ) 1  i i v v 
    # N: M0 A$ x( ^5 H7 Y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; `* n( I, g6 W& h, k
    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
    : M" {. |7 J* n+ v& t8 I并利用mathematic 编程,得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。+ B/ |/ |" a6 W6 L5 o
    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
    $ c3 W' s3 g- a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* a1 H) d) r, C- t8 O8 p, z
    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: u' _4 M4 o; z; c% q) g3 N
    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, K6 L, u& i/ ?* h
    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1 a4 Y6 w$ h9 _, C& ~/ g
    29 D3 Q! c% D7 R  \, j
    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
    2 N, @% W; L% ]/ L/ s( R% E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# y7 |2 M, o1 Y# ?
    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) o( V  C! t9 K, d6 P8 A
    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,# S" R% r/ U6 s' R4 D  l
    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1 |1 a( \/ O% f, a/ _
    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10.0s9 \, D6 E5 v- _0 W' o; L$ F
    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  |7 W+ }/ m9 f' q
    的,这也能证明本文使用的方法的有效性。
    - T( U' x" s  S6 E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 \. G9 D4 G# V" r% b2 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
    $ W3 S- p) t8 E* ~; V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
    5 X! z4 ^, \( M' 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
    - X  t2 y1 O" Y% |% u. y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
    2 c2 f" d) t9 E+ U$ 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
    9 `6 K  i. g. Z# x$ q: _: r一定程度上,可以认为建立的数学模型是合理的。
    2 ?# O8 ?/ P: \2 t2 k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
    " g& d3 i5 i+ U) b
    & j0 W) d% O7 _' Z9 }9 K# C! Y/ [( W
    : [/ u8 R  w! o5 {2 P B10459002郭郑吕.zip (10.8 MB, 下载次数: 270) ) D% f; E7 k. I8 z. Z
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