基于星间相对测量的双星系统自主定轨算法研究

发布时间：2020-10-24 22:26

　　 卫星的自主定轨是现代卫星运行的核心技术之一,而随着卫星星座、编队和集群等概念的诞生,利用星间观测量进行自主导航成为了重要的课题之一。本文针对运行于月球椭圆轨道的双星系统,研究了利用星间的位置矢量进行自主导航的方法,主要的工作如下:由于月球环境和地球存在着极大的不同,因此本文首先研究了月球坐标系及其转换关系的计算问题,在月心惯性坐标系下建立了考虑月球卫星主要摄动项的动力学方程;设计了高性能的联合并行数值积分器,用于快速的轨道预报;并分析了不同摄动因素在不同轨道高度的量级,以及对于轨道外推精度的影响;该动力学方程具有普适性,可以拓展至地球卫星或火星探测器的高精度轨道预报和定轨问题。之后,研究了一种利用惯性空间下的星间位置矢量进行自主导航的方法,并建立其观测模型。对于只考虑中心天体引力的二体动力学,分别利用线性系统和非线性系统的能观性理论,对提出的导航方法进行能观性分析;然后从轨道几何学的角度对自主导航系统的局部能观性进行了直观的描述。最后,研究了用于自主导航的非线性滤波算法,设计了基于无迹卡尔曼滤波的自主定轨方案和基本流程,并给出系统状态转移矩阵的高精度数值解法。对于运行在月球椭圆轨道的双星系统,分别在同轨道面和异轨道面下进行了数值验证。对可能影响定轨精度的要素进行了分析和讨论。结果表明,该自主导航系统不仅能够适用于月球卫星定轨,提高轨道确定精度,还对初始误差具备一定的鲁棒性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V448.2
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文度主要受限于大气折射模型的精度。宁晓琳等人基于双星敏感器利用连读高度星图模拟与匹配技术，实现了高精度的折射星识别和折射角获取，其定轨平均位置误差约为 145m[13]；星光仰角则需要使用星敏和地平仪，来测量星光相对于地平（地心或者地球方向附近的恒星方向）的仰角作为观测模型。由于地平仪的测量精度远低于星敏的精度，因此该方案的定轨精度受到地平仪精度的严重制约。两种方案的轨道确定的误差都在百米量级；不同的是，星光折射的导航方案只能适用于存在大气层的中心天体，对于月球则不能使用。两种自主定轨方案的原理示意图如图 1-1所示。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文；座和卫星编队的自主导航算法研究起步较晚，25]研究了使用星间距离观测量进行卫星绝对轨距离测量不包含绝对位置信息，因此卫星星座交点赤经参数 在这种导航方案下无法得到改方程的 B 矩阵存在秩亏，不能完全定轨。而由动外推最容易获得较高精度的值，那么在定轨前决亏秩问题；金平[26, 27]研究了同时使用星间距离观测和方向自主定轨的研究。使用测角相机对其它可视卫器对其他背景恒星进行成像观测，从而确定星基本原理如图 1-2 所示。该指向表示星座整体制仅使用星间测量的引起的星座的整体旋转，间中的三个定向参数 ， i和 的绝对值，实现星

研究内容的框架结构
【参考文献】

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本文编号：2855056