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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器
' G8 T4 Y- U2 \: R _. Y. }主动段轨道估计与误差分析; o0 z% e" C! S
摘 要:6 k: k0 c$ s' [2 |' j! t# V* V
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! |# M, K" _! d ?0 E
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. {( J& `. ?( y6 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
4 \5 @, {1 i8 R5 F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
0 K2 C1 n% h+ m8 E% d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% p0 L% f i3 u+ a1 y; p1 j3 G" r
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
: N( s; l+ T+ H# |1 J计。8 e: D/ w* A* _% w1 l+ B/ @
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( d" e* k$ a7 {4 h( z
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
& Z1 u& z2 N# m' b是匀速运动,并以这一时间段内的初速度i v
/ q( @$ v, |/ L p: p* }和末速度i 1 v$ H) F& T: C) Z2 s3 C a
的平均值2
7 u3 ^( R- \3 n& A; v, d( ) 1 i i v v
1 v/ ~. B* V+ l9 Y& A. a! u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
1 v; S' {5 J* ^7 c; u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
3 X9 f/ P* k6 x7 Y: L并利用mathematic 编程,得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。) U- l$ P% |/ n* b
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, i( ?' o/ v7 o/ T/ W' T
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
( z6 C$ a+ U7 x; X4 S, f, _4 L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 V! Z2 M% T
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# y, U' ^! t, z' B1 @2 Q3 `
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6 `+ ^/ M* @0 Q$ H% i
20 O& ]! N4 `& u
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
, }! O5 S" y; f" N* s' ]2 m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7 k+ F; h8 y7 V% U) y3 J
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. U" z- ]( Q3 h/ }2 f
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, @) I: b: u3 r. |; T" a9 C2 m" e
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
# a, e" c) A" n) R0 s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 g# u/ n1 Z, J
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
: q( |' l# e- U8 t$ a% k$ V, {的,这也能证明本文使用的方法的有效性。
; u/ M S$ B6 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) }2 R2 I& t# j& C5 E0 W" j- X
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
0 {8 _: I9 I3 d- 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0 T7 { o" W/ b2 x
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2 z% d4 b2 I$ A! w3 t; W
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0 \& L, S9 o( z; ~
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' E% G0 d& w7 b: ^) f$ n
一定程度上,可以认为建立的数学模型是合理的。
7 t. S/ b+ B) Z2 v2 q; g0 L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
/ ]9 H1 J4 v2 h1 I4 V/ z8 E: |* q7 g2 u9 c! A5 I: A3 B6 q7 _
% |9 e& G% f& g* R; F: ]5 T$ K2 ~
B10459002郭郑吕.zip
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; C# B! u5 ?" F' k
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