基于GNSS的高轨航天器定轨算法与性能分析

发布时间：2020-06-04 09:42

【摘要】：高轨卫星因为所在轨道高,在通信气象、等方面有中低轨卫星不可替代的作用。随着高轨卫星的使用量越来越大,高轨卫星定轨问题的研究逐渐增多。传统的卫星定轨采用的是地面站测轨的方式,这种方式在高轨卫星数量增多的情况下将会对地面站负担能力和资源分配复杂度提出极高的要求;且地面站布置难度高,受限因素多,我国在短时间内很难实现地面站全覆盖。因此,借助全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)为高轨卫星定位就有了非常重要的意义。本课题将针对基于GNSS系统的高轨航天器定轨算法和方案性能进行研究。首先,本文提出利用导航卫星的后瓣信号与主瓣信号同时为高轨卫星的方案,并通过卫星工具包(Satellite Tool Kit,STK)进行验证。仿真建立的星座中包含了四大导航星座以及GEO卫星和HEO卫星,在信号前后比设置为25d B的条件下,进行了定位可见星数量,接收机接收信号功率,可见星几何构型的分析,并将得到的数据与不考虑导航卫星后瓣信号的情况进行对比,从而得到主瓣和后瓣同时参与高轨卫星定位时的性能评估。然后从增强接收天线增益的角度尝试增强整个定位效果。提出基于轨道计算来进行信号到达角(Direction of Arrival,DOA)估计的方法,通过轨道计算得到实时的卫星位置,再通过可见星判断,最终得到实时的可见星以及可见星信号来波方向。在估计出信号的来波方向之后,对可见星进行一定数量的选星操作,选出参与定位的导航卫星后分别尝试使用不同的相控阵空域滤波算法进行波束形成,从而增加来波方向上的信号增益,使接收信号达到接收机可以捕获跟踪的功率条件。最后,搭建仿真演示系统,实时演示系统级仿真得到的系统状态,包括可见星情况,选星情况和定位精度(Dilution of Precision,DOP)值。演示系统编写使用状态机的程序架构,通过Labview从底层控制STK,借助STK的3D和2D动画演示做出实时动态效果,并在Labview的前面板上同步演示可见星数,DOP值的具体数值和动态走势。
【图文】：

图 3-1 高轨卫星接收导航卫星后瓣信号示意图信号情况后我们使用 STK 进行仿真，仿真星座中载入四大星座的导航卫星和 GEO 卫星分别进行参数设置，其中星座中主要 所示。

图 3-2 GEO 卫星接收信号功率 PDF号功率的过程中，为得到全部接收信号的灵敏度设限。色曲线为 GEO 卫星在一天之内只考虑接收度分布；相对应的，，蓝色曲线为同时考虑
【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】：2018
【分类号】：V412.41

【参考文献】

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本文编号：2696193