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题 目 基于卫星无源探测的空间飞行器
, n: ~1 h$ }& O1 i1 Y# L主动段轨道估计与误差分析, {- x5 P R( M- d0 T$ }
摘 要：
* w: P( S7 J, h) I8 |" |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# e$ z5 V+ X& f! Z' S* u$ O
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0 _& S H H0 t# [1 T7 s) f# t
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* z1 C6 h G8 D: o9 m' g& {# G
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1 e+ K0 \4 ]; R1 X/ r) J( Y
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" f4 f0 f/ i8 m H9 d) U* t& S
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: q/ {. Q5 [5 I% j8 l
计。
6 R8 N1 H+ v, ]0 ]2 f7 k- C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# I7 Q" \ B2 n4 ~% a) U" N
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
1 }# G" t4 X* x$ H) {$ P* P是匀速运动，并以这一时间段内的初速度i v2 O' w+ {* C R) G5 ?. t/ P, v' j3 X* F0 W
和末速度i 1 v! _2 k( m# j# \" [5 r/ V
的平均值29 X" G: ?- P0 b% ?
( ) 1 i i v v
) E5 M3 R2 f- Q/ u7 F! g- L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
* u) K) x" p. j+ L3 Y$ {3 k- y5 E, H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+ D, @8 t4 k0 d" K) V* M* S
并利用mathematic 编程，得出了250 秒内的观测卫星轨迹仿真图。
3 j7 o1 w3 g: Z+ t p# H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
5 _+ {1 C, H0 i5 _ c) g3 c. K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
# m {! j+ p$ K, F y4 R/ w ^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& e c. ^' |, B( J& N( s5 j* W
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) ~5 z0 D& f. g& J5 v2 i5 [* q& L
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
+ b, @5 U8 {. y6 | B2
( _2 h8 W6 s6 z/ O% m% 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065 |# g5 M( V4 t, H- w
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4 {5 k$ i, B" x3 u% J: ^( 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7 x+ I1 ?& u! K" B* b6 p# 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，
! G/ b0 x V% t7 [' ?9 m" U7 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
, l/ J. i" T% T; Z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
8 a& `& \, ?, ~$ 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' }: L) ?6 M7 e3 |8 @
的，这也能证明本文使用的方法的有效性。( l1 d4 B, J, t2 Z! k/ X# z
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
' s- {' N$ n- M9 V1 Z( U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
6 V0 U. B: u+ w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# r& ]. {2 q3 c: u6 h6 K ^4 s
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( n% w& z- c2 m2 x s: U
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* y1 C7 K7 \5 \3 C9 F$ |% r4 G
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% z% a4 k4 H! ?3 J+ t
一定程度上，可以认为建立的数学模型是合理的。* l+ G8 q ^3 y7 W
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
/ |# D1 p# X" ^7 ?' x( f& \2 ?: h" \; H. h
5 i3 D! n B+ m6 d6 {/ A, b
B10459002郭郑吕.zip
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2 L0 b! z6 a/ I; r7 i& n4 U |
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发表于 2013-7-30 05:20
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发表于 2013-9-8 14:49
