月球中继卫星定轨算法研究

发布时间：2017-04-24 23:03

  本文关键词：月球中继卫星定轨算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：中国正在大力发展月球探测任务，这离不开测控通信系统，，而星座是整个系统必不可少的一个环节。月球中继卫星星座就是由一颗或者几颗月球的中继卫星组成的，它们之间形成一个固定的空间几何图形。星座部署之后，中国就能够对月球正面或者月球背面进行各种程度的通讯覆盖。月球中继卫星定轨（或导航）是指利用地基或天基航天器跟踪站或星载惯性敏感器件对月球中继卫星运动状态的带有误差的测量数据和并非精确的运动方程对月球中继卫星轨道根数进行估值的过程。通过轨道确定可以得到月球中继卫星在过去、当前和未来一段时间内任意时刻的运动状态。因此，月球中继卫星轨道确定是轨道跟踪、轨道控制和应用的基础。 本文的主要工作在于研究月球中继卫星的定轨算法，从而为月球中继卫星提供精确的位置与速度信息，进而为月球中继星座本身提供轨道控制参考数据，并为探月飞船或宇航员等用户提供导航定位、数据中继等服务。月球卫星所处的力学环境比较复杂，不能直接照搬地球卫星的定轨方法。这就需要研究月球中继卫星的二体或三体动力学模型，建立适当的观测模型，选择或自主研究合适的定轨体制，从而实现对月球中继卫星的精密轨道确定。 本论文旨在研究二体系统下和圆型限制三体系统下的月球中继卫星动力学特性和轨道计算方法，建立月球中继卫星观测模型；研究月球中继卫星定轨参数估值方法。具体研究内容有：（1）建立月球中继卫星轨道动力学模型；（2）建立月球中继卫星观测模型；（3）研究月球中继卫星定轨方法。参考美国国家航空航天局和我国的卫星定轨理论和定轨方法，按照卫星轨道类型的不同，从坐标系及时间系统、卫星受力模型、定轨观测模型、初定轨方法以及轨道改进方法等方面，对环月球轨道、拉格朗日点轨道的轨道确定方法做了相应的的定轨理论归纳和仿真工作。 仿真结果表明批处理定轨和卡尔曼滤波实时定轨算法都能达到较高的定轨精度。这也充分得证明了本文所设计的月球中继卫星轨道确定算法是切实可行。
【关键词】：月球中继星座 绕月轨道 平动点轨道 定轨算法
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V412.41;V474.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-14
• 1.1 研究背景及研究现状10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究现状11-12
• 1.1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.1.2.2 国内研究现状12
• 1.2 研究内容及研究意义12-13
• 1.2.1 研究内容12-13
• 1.2.2 研究意义13
• 1.3 论文的结构13-14
• 第二章 月球中继卫星定轨理论14-36
• 2.1 坐标系的定义及转换14-17
• 2.1.1 坐标系定义14-15
• 2.1.2 坐标系之间的转换15-17
• 2.1.2.1 地理坐标系和地球坐标系的转换15-16
• 2.1.2.2 地球坐标系和地心天球坐标系的转换16
• 2.1.2.3 地心天球坐标系和月心天球坐标系的转换16-17
• 2.1.2.4 月固坐标系和月心天球坐标系的转换17
• 2.2 月球中继卫星运动模型17-35
• 2.2.1 绕月飞行轨道17-28
• 2.2.1.1 力学模型与状态微分方程18-20
• 2.2.1.2 状态微分方程右函数的计算20-28
• 2.2.2 平动点轨道28-35
• 2.2.2.1 圆型限制性三体问题29-30
• 2.2.2.2 地月平动点 Halo 轨道30-35
• 2.3 本章小结35-36
• 第三章 月球中继卫星定轨算法研究36-56
• 3.1 月球中继卫星的观测模型36-41
• 3.1.1 观测几何与观测量36-40
• 3.1.1.1 观测几何36-38
• 3.1.1.2 观测量 Y38-40
• 3.1.2 月球中继卫星的几种观测模型40-41
• 3.1.2.1 伪距观测量40-41
• 3.1.2.2 载波相位观测量41
• 3.1.2.3 多普勒观测量41
• 3.2 月球中继卫星定轨方法-两位置矢量高斯方法41-44
• 3.3 卫星轨道的改进方法44-55
• 3.3.1 批处理定轨法44-50
• 3.3.2 卡尔曼滤波定轨50-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 算法仿真及结果分析56-81
• 4.1 绕月环行轨道月球中继卫星的定轨仿真56-72
• 4.1.1 初定轨仿真56-58
• 4.1.2 UKF 卡尔曼滤波定轨仿真58-72
• 4.2 地月平动点 HALO轨道月球中继卫星的定轨仿真72-80
• 4.3 本章小结80-81
• 第五章 总结工作与展望81-83
• 5.1 总结81-82
• 5.2 展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-86

【参考文献】

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本文编号：325118