空间大延迟容忍网络的时空确定技术研究
发布时间：2020-10-23 10:46
当今世界,各国对于太空资源的探索愈发重视,而且探索的步伐也是越走越远,从月球到火星再到太阳系边缘,以后也必然会超出太阳系进入更广阔的宇宙。那么深空探测中,对于航天器不过多依赖地球的自主时间和位置标定就成为一个关键性的问题。时间同步方面,现有系统中双向时间比对技术是精度最高的一种,但在动态链路的情况下,还是存在较大的误差,值得研究对应修正算法。而在导航定位方面,X射线脉冲星因为能够发射稳定的周期性脉冲信号,是近几十年来深空定位的热门方向,基于此方式的定位算法在应用于具体场景时需要实际的分析验证。本文在上述背景下,首先介绍了自主导航定位的发展历程以及X射线脉冲星的当前研究动态。然后对时间基准和空间基准做了说明,因为和脉冲星有关的测量都是建立在太阳系质心坐标系中。之后对影响时间延迟的因素包括对流层,电离层和Sagnac效应作了基本的分析。接下来对X射线脉冲星定位的基本原理作了详细的介绍。包括观测脉冲轮廓的提取,从原子时到太阳系质心坐标时的转化,脉冲相位预测模型,时间延迟量求解等。由于脉冲星信号的发射时间无法获取,所以基本观测方程都是基于航天器与SSB的差分定位。之后又阐述了双向时间同步算法,而该算法在动态链路情况下,同步误差较大,所以,本文对此做了改进,得到基于伪时延序列的同步算法和基于径向速度的算法,并仿真验证。由于仿真实验需要实际的卫星轨道数据,所以本文通过卫星工具包(STK)搭建地面站,卫星,航天器的仿真模型,进而获取节点位置,速度,时间数据,然后在假定时间偏差的基础上利用MATLAB建立仿真平台,验证所提时间同步算法的性能。最后,针对X射线脉冲星定位,本文提出了基于已知节点的定位方法。由于航天器距离已知节点较近,可以选用大周期脉冲星,先估算航天器位置,再带入其余脉冲星求估计模糊度并扩大范围,然后再采用空间搜索的方法求得精确模糊度,最后得到航天器的位置坐标。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V448.2
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 本文的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 时间同步技术的发展
1.2.2 深空探测自主导航发展
1.2.3 X射线脉冲星的发现与研究
1.3 本论文的主要研究工作
1.4 论文组织结构
第二章 时空基准和误差分析
2.1 时空基准
2.1.1 时间系统
2.1.2 坐标系统
2.2 误差分析
2.2.1 对流层延迟
2.2.2 电离层延迟
2.2.3 Sagnac效应
2.3 本章小结
第三章 X射线脉冲星定位与时间同步的基本原理
3.1 脉冲星的基本理论
3.1.1 脉冲星的发现与观测
3.1.2 脉冲星辐射信号的分类
3.1.3 X射线脉冲星的基本观测量
3.1.4 X射线脉冲星的标准脉冲轮廓
3.2 双向时间同步技术的原理
3.2.1 时间频率的基础理论
3.2.2 双向时间同步的基本原理
3.3 X射线脉冲星定位原理
3.3.1 X射线脉冲星导航的几何原理
3.3.2 航天器原子时到太阳系质心时间的转换
3.3.3 脉冲星相位预测模型
3.4 X射线脉冲星定位流程
3.5 本章小结
第四章 双向时间同步改进算法研究
4.1 动态双向时间同步改进
4.1.1 基于伪时延序列的双向时间同步
4.1.2 基于径向速度的双向时间同步
4.2 STK场景仿真与数据获取
4.2.1 STK场景搭建
4.2.2 不同卫星轨道数据的获取
4.3 仿真分析
4.3.1 不同轨道卫星三种算法仿真
MEO'> 4.3.1.1 地面站与中轨卫星SMEO
GEO'> 4.3.1.2 地面站与同步卫星SGEO
4.3.1.3 同步卫星与月球探测器Detector
4.3.1.4 不同场景结果比较
4.3.2 钟差大小和发送间隔对算法的影响
4.3.2.1 钟差大小的影响
4.3.2.2 发送间隔的影响
4.4 本章小结
第五章 基于已知节点的脉冲星TDOA导航定位
5.1 基于已知节点的脉冲星定位的原理
5.2 求解整周模糊度
5.2.1 传统基于SSB的模糊度求解
5.2.2 基于已知节点的模糊度求解
5.3 仿真与验证
5.3.1 脉冲星数据源获取
5.3.2 单一坐标点定位
5.3.3 一段时间的坐标确定
5.3.3.1 以同步卫星为已知节点,对中轨卫星定位
5.3.3.2 以同步卫星为已知节点,对月球探测器定位
5.3.3.3 测量时间误差对定位精度的影响
5.4 本章小结
第六章 全文总结
6.1 论文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
【参考文献】
本文编号：2852932
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V448.2
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 本文的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 时间同步技术的发展
1.2.2 深空探测自主导航发展
1.2.3 X射线脉冲星的发现与研究
1.3 本论文的主要研究工作
1.4 论文组织结构
第二章 时空基准和误差分析
2.1 时空基准
2.1.1 时间系统
2.1.2 坐标系统
2.2 误差分析
2.2.1 对流层延迟
2.2.2 电离层延迟
2.2.3 Sagnac效应
2.3 本章小结
第三章 X射线脉冲星定位与时间同步的基本原理
3.1 脉冲星的基本理论
3.1.1 脉冲星的发现与观测
3.1.2 脉冲星辐射信号的分类
3.1.3 X射线脉冲星的基本观测量
3.1.4 X射线脉冲星的标准脉冲轮廓
3.2 双向时间同步技术的原理
3.2.1 时间频率的基础理论
3.2.2 双向时间同步的基本原理
3.3 X射线脉冲星定位原理
3.3.1 X射线脉冲星导航的几何原理
3.3.2 航天器原子时到太阳系质心时间的转换
3.3.3 脉冲星相位预测模型
3.4 X射线脉冲星定位流程
3.5 本章小结
第四章 双向时间同步改进算法研究
4.1 动态双向时间同步改进
4.1.1 基于伪时延序列的双向时间同步
4.1.2 基于径向速度的双向时间同步
4.2 STK场景仿真与数据获取
4.2.1 STK场景搭建
4.2.2 不同卫星轨道数据的获取
4.3 仿真分析
4.3.1 不同轨道卫星三种算法仿真
MEO'> 4.3.1.1 地面站与中轨卫星SMEO
GEO'> 4.3.1.2 地面站与同步卫星SGEO
4.3.1.3 同步卫星与月球探测器Detector
4.3.1.4 不同场景结果比较
4.3.2 钟差大小和发送间隔对算法的影响
4.3.2.1 钟差大小的影响
4.3.2.2 发送间隔的影响
4.4 本章小结
第五章 基于已知节点的脉冲星TDOA导航定位
5.1 基于已知节点的脉冲星定位的原理
5.2 求解整周模糊度
5.2.1 传统基于SSB的模糊度求解
5.2.2 基于已知节点的模糊度求解
5.3 仿真与验证
5.3.1 脉冲星数据源获取
5.3.2 单一坐标点定位
5.3.3 一段时间的坐标确定
5.3.3.1 以同步卫星为已知节点,对中轨卫星定位
5.3.3.2 以同步卫星为已知节点,对月球探测器定位
5.3.3.3 测量时间误差对定位精度的影响
5.4 本章小结
第六章 全文总结
6.1 论文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
【参考文献】
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本文编号：2852932
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