基于天文信息的卫星自主导航

发布时间：2017-03-31 04:24

  本文关键词：基于天文信息的卫星自主导航，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于天文信息的卫星自主导航系统具有自主、精确、廉价等优点,目前各国都积极参与此项研究,其中美国、法国已有了实际的工程应用,而我国在这方面与国外相比还存在较大的差距。本文以地球同步轨道卫星为研究对象,研究了无陀螺下卫星姿态控制系统和自主导航系统。 本文研究的主要内容有: 1.基于CCD星敏感器的无陀螺测量卫星姿态确定系统的研究 (1) 针对地球同步轨道卫星,分别建立了以姿态四元数和修正罗德里格参数为卫星姿态描述参数的姿态运动方程;建立了卫星受一阶马尔柯夫干扰力矩时的卫星姿态动力学方程; (2) 设计了采用姿态四元数为卫星姿态描述参数的EKF和UKF估计器,设计了分别以姿态四元数和修正罗德里格参数为卫星姿态描述参数的UKF估计器,并进行了数学仿真。研究了姿态描述参数、非线性估计算法、星敏感器的测量精度和测量数据更新周期等因素对姿态确定精度的影响。 2.基于CCD星敏感器的星光折射卫星自主导航系统的研究 (1) 针对地球同步轨道卫星,在地心赤道惯性坐标系下,考虑了地球形状、目月引力、大气阻力和太阳光压等摄动因素,建立了较为精确的卫星轨道动力学方程; (2) 研究了基于星光折射的卫星自主导航技术,利用安装在卫星上的星敏感器,精确敏感地平,并根据观测方程,分别利用UKF和EKF来确定卫星在轨的位置和速度。进行了数学仿真,并讨论了星光折射的观测模型、恒星选择的限制条件以及影响定轨精度的各种因素。
【关键词】：CCD星敏感器 修正罗德里格参数 扩展卡尔曼滤波 Unscented卡尔曼滤波 星光折射
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：V448.224
【目录】：

• 第一章 绪论7-14
• 1.1 论文的背景及研究的目的和意义7-8
• 1.2 卫星姿态确定系统的简介8-10
• 1.3 卫星自主导航技术的简介10-12
• 1.4 论文研究内容12-14
• 1.4.1 论文研究内容12-13
• 1.4.2 论文内容的安排13
• 1.4.3 论文的主要创新点13-14
• 第二章 卫星姿态运动模型14-37
• 2.1 参考坐标系及坐标转换14-18
• 2.1.1 参考坐标系的定义14-15
• 2.1.2 坐标系转换15-18
• 2.2 CCD星敏感器的介绍18-21
• 2.2.1 CCD星敏感器的测量原理19-20
• 2.2.2 CCD星敏感器的测量模型20-21
• 2.3 姿态运动学模型21-36
• 2.3.1 姿态四元数描述卫星姿态21-23
• 2.3.2 修正罗德里格参数描述卫星姿态23-36
• 2.4 姿态动力学模型36
• 2.5 小结36-37
• 第三章 基于星敏感器无陀螺卫星姿态确定系统研究37-59
• 3.1 扩展卡尔曼滤波理论(EKF)37-38
• 3.2 Unscented卡尔曼滤波理论(UKF)38-42
• 3.2.1 Unscented变换39-41
• 3.2.2 Unscented卡尔曼滤波算法41-42
• 3.3 状态变量及状态方程42-45
• 3.3.1 基于修正罗德里格参数描述的状态方程42-44
• 3.3.2 基于姿态四元数描述的状态方程44-45
• 3.4 观测方程及观测矩阵45-46
• 3.5 仿真研究46-58
• 3.5.1 仿真软件设计47
• 3.5.2 仿真参数选择47-48
• 3.5.3 仿真结果及仿真分析48-58
• 3.6 小结58-59
• 第四章 卫星轨道动力学模型59-65
• 4.1 时间系统的定义59-60
• 4.2 卫星轨道动力学模型60-64
• 4.2.1 地球形状摄动60-61
• 4.2.2 日、月引力摄动61-62
• 4.2.3 太阳光压摄动62-63
• 4.2.4 大气阻力摄动63-64
• 4.2.5 卫星轨道动力学模型64
• 4.3 小结64-65
• 第五章 基于星光折射的卫星自主导航系统的研究65-82
• 5.1 基于星光折射的自主导航原理65-66
• 5.2 星光在大气中的折射模型66-69
• 5.2.1 星光穿越大气的折射66
• 5.2.2 星光在大气中的折射模型66-69
• 5.2.3 大气折射模型的误差分析69
• 5.3 状态变量及状态方程69-71
• 5.4 观测变量及观测方程71-72
• 5.4.1 星光折射观测模型71-72
• 5.4.2 星光折射观测方程72
• 5.5 恒星选择的限制条件72-75
• 5.6 仿真研究75-81
• 5.6.1 仿真软件的设计75-76
• 5.6.2 仿真参数的选择76-77
• 5.6.3 仿真结果及仿真分析77-81
• 5.7 小结81-82
• 第六章 总结82-84
• 参考文献84-87
• 发表论文情况87-88
• 致谢88-89
• 西北工业大学 学位论文知识产权声明书89
• 西北工业大学 学位论文原创性声明89

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本文编号：278898