地球同步轨道卫星自主导航问题研究

发布时间：2017-10-24 12:28

  本文关键词：地球同步轨道卫星自主导航问题研究

  更多相关文章： 日地月 自主导航 卡尔曼滤波 惯性导航 DSP

【摘要】：本文主要解决地球同步轨道卫星自主导航有关问题。这可使得卫星能够不依靠于地面设备而获得导航信息,具有重要的战略意义。主要依靠日地月信息来设计导航算法,并在DSP中验证了导航算法的工程可实现性。首先对卫星自主导航技术和DSP技术的目前发展状况进行了调研。考虑多种摄动的情况下建立了精确的卫星轨道计算动力学模型。在GTO段,为保证日月实时可见,对敏感器安装和GTO转移窗口进行了设计。由敏感器的输出,并综合考虑月亏和地球扁率,确定了卫星到日地月的方向矢量。以轨道动力学模型为状态方程,以星日与星地方向矢量夹角余弦和星月与星地方向矢量夹角余弦为观测量建立量测方程,从而建立了日地月导航卡尔曼滤波器。自主导航初始参数需依靠卫星独立确定,考虑月球距离有限性,提出了初始轨道参数的确定方法。GEO入轨段采用惯性导航,在进入GEO段之前需进行惯导的在线修正,以确保惯性导航有足够的精度。在地心惯性系下建立了捷联惯导系统解算模型,并推导了误差传播方程。依据误差传播方程建立状态方程,以惯导解算的速度与姿态和GTO段导航输出的速度与姿态的偏差为观测量,从而建立了在线修正卡尔曼滤波器。GEO入轨机动初始位置和速度由GTO段导航确定,姿态由在线修正确定,惯导解算时需先对惯性器件常值漂移进行修正。GEO段仍采用日地月方位信息进行导航,此段时间非常长,卫星将处于不同的日月关照条件下,分别为日月可见、日月不可见、仅太阳不可见和仅月球不可见,为保证导航的实时精确性,借助姿态确定系统的一个星敏感器,针对不同的情况分别建立滤波器量测方程。最后,对所设计的全程导航算法进行了数值仿真分析,仿真结果表明导航算法能够达到精度要求。为确保所设计的导航算法具有工程可实现性,本文进行了导航算法的DSP实现。所用仿真器为SEED-XDS510PLUS,芯片为SEEDDEC138。介绍了DSP仿真的流程,最后仿真结果表明导航算法有足够的精确性和实时性。
【关键词】：日地月 自主导航 卡尔曼滤波 惯性导航 DSP
【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】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题的来源及研究目的和意义10
• 1.2 卫星自主导航技术研究现状10-19
• 1.2.1 基于导航卫星系统的自主导航10-14
• 1.2.2 天文导航14-19
• 1.2.3 惯性导航19
• 1.3 DSP技术发展现状19-20
• 1.4 论文主要内容20-21
• 第2章 卫星轨道动力学建模21-25
• 2.1 引言21
• 2.2 常用坐标系及转换关系21-22
• 2.2.1 常用坐标系21-22
• 2.2.2 坐标系间转换关系22
• 2.3 时间系统22-23
• 2.4 轨道动力学模型23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 GTO轨道上卫星自主导航25-38
• 3.1 引言25
• 3.2 敏感器安装25-26
• 3.3 GTO转移窗口选择26-27
• 3.4 星间方向矢量确定27-34
• 3.4.1 星日方向矢量确定27-28
• 3.4.2 考虑非满月的星月方向矢量确定28-30
• 3.4.3 星地方向矢量粗确定30-32
• 3.4.4 考虑地球扁率的星地方向矢量精确确定32-34
• 3.5 GTO段导航状态方程和量测方程建立34-36
• 3.5.1 状态方程建立34
• 3.5.2 量测方程建立34
• 3.5.3 扩展卡尔曼滤波基本理论34-36
• 3.6 初始轨道参数确定36-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第4章 GEO入轨及GEO轨道自主导航38-49
• 4.1 引言38
• 4.2 捷联惯导系统解算模型38-39
• 4.2.1 姿态更新方程38-39
• 4.2.2 速度更新方程39
• 4.2.3 位置更新方程39
• 4.3 捷联惯导误差传播方程建立39-41
• 4.3.1 姿态误差传播方程39-40
• 4.3.2 速度误差传播方程40
• 4.3.3 位置误差传播方程40-41
• 4.4 捷联惯导系统在线修正建模41-43
• 4.4.1 状态方程建立41-42
• 4.4.2 量测方程建立42-43
• 4.4.3 离散型卡尔曼滤波基本理论43
• 4.5 GEO入轨段惯性导航43-44
• 4.6 GEO段自主导航44-48
• 4.6.1 日（月）不可见情况分析44-46
• 4.6.2 状态方程建立46-47
• 4.6.3 量测方程建立47-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第5章 导航仿真分析及算法的DSP实现49-66
• 5.1 引言49
• 5.2 导航算法数值仿真分析49-58
• 5.2.1 GTO段导航数值仿真49-53
• 5.2.2 GEO入轨前在线修正数值仿真53-55
• 5.2.3 GEO入轨惯性导航数值仿真55
• 5.2.4 GEO段导航数值仿真55-58
• 5.3 DSP相关介绍58-61
• 5.3.1 所用设备简介58-59
• 5.3.2 CMD文件编写及存储器分配59-60
• 5.3.3 数据的导入和导出60-61
• 5.4 DSP仿真与分析61-65
• 5.4.1 DSP仿真流程61-62
• 5.4.2 DSP仿真结果及分析62-65
• 5.5 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-73
• 致谢73

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本文编号：1088792