基于自然偏振特性的卫星自主导航技术研究
发布时间：2021-12-29 09:06
随着现有导航手段的逐渐成熟,导航技术的应用领域愈来愈广泛,进而对新的导航信息来源提出了进一步的要求,于是偏振光导航作为一种新型的仿生导航手段应运而生。现代自主导航方法主要分为天文导航、卫星导航、惯性导航、无线电导航及其组合导航等。然而,无论是无线电导航、惯性导航,还是组合导航等,它们都离不开已有的导航手段与方法,测量手段本质上并没有发生多大变化,而且这些导航方法都有各自无法避免的缺点。利用偏振光进行导航定位是一种比较新颖的导航技术,该方法具有误差不随时间累积的优点,同时还具备体积小、功耗低、易于小型化的优势,但是在大气层内该方法受对流层天气影响比较严重。于是本文提出将偏振光导航应用到在云层之上的飞行器上,并进一步应用于卫星的姿态测量和轨道确定,此时利用偏振光导航将不再受对流层内天气的影响,可以获得更高的导航精度。但是将偏振光导航应用于卫星的自主导航仍然处于探索阶段。因此,研究基于自然偏振特性的卫星自主导航技术是十分必要的,不管是对丰富当前的导航手段,还是为各种组合导航提供新的信源支持都具有十分重要的意义。针对基于自然偏振特性的卫星自主导航技术,本文具体工作如下:第一,从天空偏振模式理论...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 卫星自主导航技术发展概述
1.3 仿生偏振导航技术研究现状
1.3.1 大气偏振模式理论探究
1.3.2 生物偏振光感知机理研究
1.3.3 大气偏振模式的探测
1.3.4 偏振光导航方法研究
1.4 仿生偏振导航技术研究存在的问题
1.5 论文主要工作和结构安排
2 卫星轨道与姿态动力学模型
2.1 卫星轨道与姿态动力学模型基础
2.1.1 坐标系定义
2.1.2 坐标系转换
2.2 卫星轨道动力学模型
2.2.1 地球非球形摄动
2.2.2 大气阻力摄动
2.2.3 日月摄动
2.2.4 太阳光压摄动
2.3 卫星姿态描述与姿态运动学模型
2.3.1 基于欧拉角的卫星姿态描述与运动学方程
2.3.2 基于四元数的卫星姿态描述与运动学方程
2.4 卫星姿态动力学模型
2.4.1 卫星姿态动力学方程
2.4.2 环境干扰力矩
2.5 本章小结
3 大气偏振模式与测量
3.1 光在大气中的散射
3.1.1 瑞利散射
3.1.2 米散射
3.2 大气偏振模式
3.2.1 大气层内偏振模式
3.2.2 大气层外偏振模式
3.2.3 大气偏振模式影响因素分析
3.3 大气偏振模式测量
3.3.1 偏振测角敏感器的设计与测量原理
3.3.2 偏振相机的设计与测量原理
3.4 本章小结
4 偏振测角敏感器误差模型与误差补偿方法
4.1 偏振测角敏感器误差模型
4.1.1 偏振测角敏感器误差分析
4.1.2 偏振测角敏感器测角误差模型
4.1.3 误差源对测角精度的影响分析
4.2 基于最小二乘的误差补偿方法
4.2.1 最小二乘误差补偿原理
4.2.2 实验测试与结果分析
4.3 本章小结
5 基于偏振敏感器的导航信息获取方法
5.1 基于偏振测角敏感器的太阳矢量获取方法
5.1.1 双偏振测角敏感器测量太阳矢量
5.1.2 单偏振测角敏感器测量太阳矢量
5.1.3 多偏振测角敏感器测量太阳矢量
5.1.4 实验测试与结果分析
5.2 基于偏振相机的导航信息获取方法
5.2.1 偏振相机测量太阳矢量
5.2.2 偏振相机测量地心矢量
5.2.3 数值仿真与结果分析
5.3 本章小结
6 基于地磁场及偏振测量的卫星姿态确定方法
6.1 三轴磁强计测量模型
6.1.1 地磁场数学模型
6.1.2 三轴磁强计测量模型
6.2 偏振敏感器测量模型
6.3 卫星姿态确定方法
6.3.1 双矢量定姿
6.3.2 多矢量定姿
6.3.3 状态估计法
6.4 基于偏振测角敏感器及磁强计的卫星姿态确定方法
6.4.1 基于偏振测角敏感器及磁强计的联合观测模型
6.4.2 基于单偏振测角敏感器及磁强计的双矢量定姿法
6.4.3 数值仿真与结果分析
6.5 基于偏振相机及磁强计的卫星姿态确定方法
6.5.1 观测模型
6.5.2 数值仿真与结果分析
6.6 本章小结
7 基于偏振测量的卫星自主导航方法
7.1 卫星自主导航方法概述
7.2 卫星自主导航的EKF方法
7.2.1 卫星自主导航系统状态方程
7.2.2 卫星自主导航的EKF方法
7.3 基于偏振测角敏感器及红外地平仪的卫星自主导航方法
7.3.1 观测模型
7.3.2 数值仿真与结果分析
7.4 基于偏振相机的卫星自主导航方法
7.4.1 观测模型
7.4.2 数值仿真与结果分析
7.5 本章小结
8 总结与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
本文编号：3555822
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 卫星自主导航技术发展概述
1.3 仿生偏振导航技术研究现状
1.3.1 大气偏振模式理论探究
1.3.2 生物偏振光感知机理研究
1.3.3 大气偏振模式的探测
1.3.4 偏振光导航方法研究
1.4 仿生偏振导航技术研究存在的问题
1.5 论文主要工作和结构安排
2 卫星轨道与姿态动力学模型
2.1 卫星轨道与姿态动力学模型基础
2.1.1 坐标系定义
2.1.2 坐标系转换
2.2 卫星轨道动力学模型
2.2.1 地球非球形摄动
2.2.2 大气阻力摄动
2.2.3 日月摄动
2.2.4 太阳光压摄动
2.3 卫星姿态描述与姿态运动学模型
2.3.1 基于欧拉角的卫星姿态描述与运动学方程
2.3.2 基于四元数的卫星姿态描述与运动学方程
2.4 卫星姿态动力学模型
2.4.1 卫星姿态动力学方程
2.4.2 环境干扰力矩
2.5 本章小结
3 大气偏振模式与测量
3.1 光在大气中的散射
3.1.1 瑞利散射
3.1.2 米散射
3.2 大气偏振模式
3.2.1 大气层内偏振模式
3.2.2 大气层外偏振模式
3.2.3 大气偏振模式影响因素分析
3.3 大气偏振模式测量
3.3.1 偏振测角敏感器的设计与测量原理
3.3.2 偏振相机的设计与测量原理
3.4 本章小结
4 偏振测角敏感器误差模型与误差补偿方法
4.1 偏振测角敏感器误差模型
4.1.1 偏振测角敏感器误差分析
4.1.2 偏振测角敏感器测角误差模型
4.1.3 误差源对测角精度的影响分析
4.2 基于最小二乘的误差补偿方法
4.2.1 最小二乘误差补偿原理
4.2.2 实验测试与结果分析
4.3 本章小结
5 基于偏振敏感器的导航信息获取方法
5.1 基于偏振测角敏感器的太阳矢量获取方法
5.1.1 双偏振测角敏感器测量太阳矢量
5.1.2 单偏振测角敏感器测量太阳矢量
5.1.3 多偏振测角敏感器测量太阳矢量
5.1.4 实验测试与结果分析
5.2 基于偏振相机的导航信息获取方法
5.2.1 偏振相机测量太阳矢量
5.2.2 偏振相机测量地心矢量
5.2.3 数值仿真与结果分析
5.3 本章小结
6 基于地磁场及偏振测量的卫星姿态确定方法
6.1 三轴磁强计测量模型
6.1.1 地磁场数学模型
6.1.2 三轴磁强计测量模型
6.2 偏振敏感器测量模型
6.3 卫星姿态确定方法
6.3.1 双矢量定姿
6.3.2 多矢量定姿
6.3.3 状态估计法
6.4 基于偏振测角敏感器及磁强计的卫星姿态确定方法
6.4.1 基于偏振测角敏感器及磁强计的联合观测模型
6.4.2 基于单偏振测角敏感器及磁强计的双矢量定姿法
6.4.3 数值仿真与结果分析
6.5 基于偏振相机及磁强计的卫星姿态确定方法
6.5.1 观测模型
6.5.2 数值仿真与结果分析
6.6 本章小结
7 基于偏振测量的卫星自主导航方法
7.1 卫星自主导航方法概述
7.2 卫星自主导航的EKF方法
7.2.1 卫星自主导航系统状态方程
7.2.2 卫星自主导航的EKF方法
7.3 基于偏振测角敏感器及红外地平仪的卫星自主导航方法
7.3.1 观测模型
7.3.2 数值仿真与结果分析
7.4 基于偏振相机的卫星自主导航方法
7.4.1 观测模型
7.4.2 数值仿真与结果分析
7.5 本章小结
8 总结与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
本文编号：3555822
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