两航天器碰撞预警中基于卡尔曼滤波的虚警抑制研究

发布时间：2017-10-18 18:23

  本文关键词：两航天器碰撞预警中基于卡尔曼滤波的虚警抑制研究

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【摘要】：近年来,由于空间碎片逐渐增多,为保障在轨航天器的安全运行,航天器碰撞预警以及虚警抑制的研究显得越来越重要。本文以在近地圆轨道上运行的航天器为研究对象,基于相对运动动力学模型以及滤波方法,研究了航天器与空间目标碰撞预警中虚警抑制途径。本文首先介绍了C-W方程,C-W方程描述的两航天器相对运动方程会随时间发散。由于本文研究轨道高度大致相等的两航天器,所以可以对C-W方程进行进一步的简化,简化后的方程并未消除导致发散的时间变量一次项,而是通过降低其前面系数的数量级使结果收敛。然后,在测量相对状态量时,选择地基和天基相结合的方式。针对不同的非线性观测方程,分别用EKF和UKF对两空间目标之间的相对状态量进行估计。通过仿真可知,UKF比EKF精度更高而且收敛速度更快。基于简化后的C-W方程和以多普勒雷达为测量设备的UKF算法,进行滤波更合适。最后,针对碰撞预警结果中可能出现的虚警问题进行研究。采用不同的相对运动方程预报相对状态量的测量误差,介绍了一种碰撞概率模型,并在预警时间段内进行碰撞概率计算。从相对运动方程、预警阈值及测量误差三个方面进行分析,给出虚警抑制措施,并且分析了初始相对状态量的测量误差对碰撞概率的影响。
【关键词】：相对动力学模型 卡尔曼滤波 碰撞概率 虚警抑制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V528
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究的意义8-9
• 1.2 碰撞预警及虚警抑制国内外研究现状9-15
• 1.2.1 相对运动动力学模型国内外研究现状9-11
• 1.2.2 滤波方法国内外研究现状11-12
• 1.2.3 概率模型国内外研究现状12-14
• 1.2.4 预警阈值及虚警抑制国内外研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 第2章 相对运动动力学模型16-29
• 2.1 坐标系及轨道参数16-17
• 2.2 两航天器间相对运动模型17-26
• 2.2.1 C-W方程17-23
• 2.2.2 简化的相对运动方程23-26
• 2.3 相对运动方程误差分析26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 相对状态及误差估计29-51
• 3.1 测量方案29
• 3.2 卡尔曼滤波理论29-38
• 3.2.1 经典卡尔曼滤波法29-31
• 3.2.2 扩展卡尔曼滤波法(EKF)31-35
• 3.2.3 无迹卡尔曼滤波法(UKF)35-38
• 3.3 系统状态及观测模型38-40
• 3.4 数值仿真40-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 碰撞预警中虚警抑制51-71
• 4.1 误差方差传播特性51-54
• 4.2 碰撞概率模型54-57
• 4.3 预警中虚警抑制57-59
• 4.4 数值仿真59-70
• 4.4.1 仿真算例159-65
• 4.4.2 仿真算例265-68
• 4.4.3 仿真算例368-70
• 4.5 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-78
• 致谢78

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本文编号：1056438