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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器
. G |( o# ]2 e/ }3 B, {8 I主动段轨道估计与误差分析8 t% {" t w6 L( `
摘 要：
: E& m- z, W+ ~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
- O1 n4 J" X! c% m/ o; k7 ^1 a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
* }2 O) N/ U( Z* f' q9 u: d7 }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
, C. W% z8 t4 o1 z; U; G2 k' C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. r- v. @0 r: S( K( r1 c
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3 d9 W2 H P2 H/ P+ [
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
0 E% X( h: b* I3 H9 @计。% s, b% B3 _% H6 W1 N
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3 k* ]" |1 b; E8 h, q. f
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. Q8 k. O6 L4 x3 ~6 v
是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v9 m9 F. ]- Y0 l4 ]2 `! X$ ?$ y3 j
和末速度i 1 v
+ Y: u6 n0 E- J# m的平均值2; b# l2 F1 L3 H; a* ]
( ) 1 i i v v
* a6 b( z( t' Y' B' G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, r& p; x$ E1 O
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" z+ O2 c4 a- _6 u2 @
并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。
: U# @8 L% F! 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$ K" v/ |3 b+ W
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+ R* i7 X! z- R; P8 T+ S) z& w( c
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
8 f* i; S, t- U" h+ X! K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3 \# {- X3 w$ j% A
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% S; G2 D# V0 r" n& p: Q' K" Q
29 X# b/ C* G \* s8 V3 X
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
$ t+ O/ _ S7 Z0 H F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
% E+ H+ _2 Z8 x% r p. p% \/ {5 H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
( ?) L9 j6 `* i* z. t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，4 S, {0 o' a9 f6 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2 A$ E n1 v) J3 Z$ Q6 `
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10.0s7 n, ~- y7 H9 A
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
9 t1 |9 [* L* |2 o8 M% ?的，这也能证明本文使用的方法的有效性。
) R' f0 w4 `6 O C( o' D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 v. ] O4 Y; x% y9 T# F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+ k7 X4 n' B! m- g U- A
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- ^# j* m0 v% _& f- {2 u
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
; o3 i1 Z3 O4 B) r$ b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
7 q& B, F3 f, S7 r( O+ y7 f, _0 _+ R+ 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7 E* q) E% U3 X0 @) A1 L
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。
! B0 w+ N3 y9 @ I- X L, Q q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
* I# {, F" j. H3 u, L/ ?7 {, D0 O" l- T# F% \, I
$ q* v" q: _ F3 z3 h4 ^( v
B10459002郭郑吕.zip
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& o3 Q6 p) t H* j1 |& f |
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发表于 2013-7-30 05:20
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发表于 2013-9-8 14:49
