基于地面遥感图像的卫星自主定轨方法研究
发布时间：2021-08-06 05:16
人类航天活动的不断发展对卫星轨道确定技术提出了更高的要求。随着越来越多的人造卫星升空,基于地基天基观测手段的卫星测定轨技术受到了测控站负担过重、运行成本高,卫星在轨生存能力差等因素的限制,因此发展自主的卫星定轨技术已成为未来航天发展趋势之一。其中依靠地面遥感图像的卫星自主定轨策略凭借其观测数据易于获取、测量精度高,方法延展性好、图像信息量丰富等特点,展现出巨大潜力。本论文即是在上述背景下针对基于地面图像的卫星定轨展开深入研究。主要的研究内容如下:1.研究了基于地面特征点图像的卫星自主定轨方案。基于中心投影几何原理,建立了以焦平面坐标为观测量的定轨观测模型。之后分别借助扩展卡尔曼和无迹卡尔曼滤波构建完整的自主定轨算法,并分析了该定轨系统的可观测性和定轨表现。结果显示两种滤波算法具有相近的定轨表现,得到的轨道位置精度在10m左右,速度精度优于2cm/s。此外,还探究了昼夜变化、云层遮挡等光照约束,图像分辨率和姿态指向精度对定轨结果的影响。结果表明,卫星的姿态指向精度对自主定轨性能的影响更为显著。2.针对遥感通信混合星座,提出了一种结合地面图像、测高数据和星间测距数据的自主定轨策略。首先,借...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球海岸线和主要河流分布图
＇?晰、?１２〇！?ｆ??图３．?３全球海岸线和主要河流分布图??对于这些候选的特征景物，并不是当其出现在星载相机的星下点成像范围??内，就表示此时获取的像片为有效的观测资料。在实际中还存在一些光照约束??影响有效图像的获取。在这里我们主要考虑的光照约束包括两个方面，其中一??个方面是昼夜光照的影响，这个很容易理解，当卫星成像区域处在地球背向太??阳的一侧时，拍摄得到的景物将难以分辨；云层的遮挡是另一个影响图像获取??的主要因素，当成像区域被云层遮挡时，卫星同样无法获取清晰的地面图像，??仿真中假设云层遮挡概率为５０％。图３．４描述了成像视场和光照约束对有效观测??资料获取的影响，可以看到有效观测图像占所有观测图
?８０??ＦＯＶ?（。）??图３．?４不同视场（ＦＯＶ）和光照条件下的有效图像占比图??上面讨论了影响有效观测图像获取的因素，而有效观测资料的获取最后又??会直接影响定轨结果，之后的仿真将会对此进行详细讨论。对于地球低轨卫星，??其动力学环境较为复杂，仿真中考虑的摄动力包括地球非球形引力，日月三体??引力，太阳光压，大气阻力，固体潮，相对论效应。表３．２展示了“＼＾〇１＂１￡１＼％以３”??卫星轨道高度下各摄动加速度量级的比较结果。在各摄动力中，由于大气密度??难以准确建模，大气阻力往往是动力学建模中最主要的误差来源。因此在仿真??中，我们又加入了?１５％大气密度模型误差用以模拟动力学模型的不准确性旧３］。??除此之外
【参考文献】：
期刊论文
[1]星光折射定位辅助的惯性/星光全组合导航算法[J]. 王融,熊智,刘建业. 传感器与微系统. 2017(12)
[2]一种利用磁强计和星敏感器的自主导航方法[J]. 张涛,郑建华,高东. 宇航学报. 2017(02)
[3]深空探测天文自主导航技术综述[J]. 薛喜平,张洪波,孔德庆. 天文研究与技术. 2017(03)
[4]全球高分光学星概述（三）:亚洲与俄罗斯[J]. 朱仁璋,丛云天,王鸿芳,白照广. 航天器工程. 2016(02)
[5]全球高分光学星概述（二）:欧洲[J]. 朱仁璋,丛云天,王鸿芳,邱慧,白照广. 航天器工程. 2016(01)
[6]全球高分光学星概述（一）:美国和加拿大[J]. 朱仁璋,丛云天,王鸿芳,徐宇杰,白照广. 航天器工程. 2015(06)
[7]一种提高导航卫星星座自主定轨精度的方法研究[J]. 高有涛,徐波,熊欢欢. 宇航学报. 2014(10)
[8]一种星光折射卫星自主导航系统方案设计[J]. 宁晓琳,王龙华,白鑫贝,房建成. 宇航学报. 2012(11)
[9]2000年以来国际天文学联合会（IAU）关于基本天文学的决议及其应用[J]. 刘佳成,朱紫. 天文学进展. 2012(04)
[10]基于可观测性分析的深空自主导航方法研究[J]. 崔平远,常晓华,崔祜涛. 宇航学报. 2011(10)
博士论文
[1]地月系平动点导航卫星星座设计与导航性能分析[D]. 张磊.南京大学 2017
[2]中波红外与可见光遥感图像匹配技术研究[D]. 胡修兵.武汉大学 2014
[3]微小卫星及其编队轨道与姿态一体化确定方法研究[D]. 邢艳军.哈尔滨工业大学 2012
[4]基于星载敏感器的卫星自主导航及姿态确定方法研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3325144
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球海岸线和主要河流分布图
＇?晰、?１２〇！?ｆ??图３．?３全球海岸线和主要河流分布图??对于这些候选的特征景物，并不是当其出现在星载相机的星下点成像范围??内，就表示此时获取的像片为有效的观测资料。在实际中还存在一些光照约束??影响有效图像的获取。在这里我们主要考虑的光照约束包括两个方面，其中一??个方面是昼夜光照的影响，这个很容易理解，当卫星成像区域处在地球背向太??阳的一侧时，拍摄得到的景物将难以分辨；云层的遮挡是另一个影响图像获取??的主要因素，当成像区域被云层遮挡时，卫星同样无法获取清晰的地面图像，??仿真中假设云层遮挡概率为５０％。图３．４描述了成像视场和光照约束对有效观测??资料获取的影响，可以看到有效观测图像占所有观测图
?８０??ＦＯＶ?（。）??图３．?４不同视场（ＦＯＶ）和光照条件下的有效图像占比图??上面讨论了影响有效观测图像获取的因素，而有效观测资料的获取最后又??会直接影响定轨结果，之后的仿真将会对此进行详细讨论。对于地球低轨卫星，??其动力学环境较为复杂，仿真中考虑的摄动力包括地球非球形引力，日月三体??引力，太阳光压，大气阻力，固体潮，相对论效应。表３．２展示了“＼＾〇１＂１￡１＼％以３”??卫星轨道高度下各摄动加速度量级的比较结果。在各摄动力中，由于大气密度??难以准确建模，大气阻力往往是动力学建模中最主要的误差来源。因此在仿真??中，我们又加入了?１５％大气密度模型误差用以模拟动力学模型的不准确性旧３］。??除此之外
【参考文献】：
期刊论文
[1]星光折射定位辅助的惯性/星光全组合导航算法[J]. 王融,熊智,刘建业. 传感器与微系统. 2017(12)
[2]一种利用磁强计和星敏感器的自主导航方法[J]. 张涛,郑建华,高东. 宇航学报. 2017(02)
[3]深空探测天文自主导航技术综述[J]. 薛喜平,张洪波,孔德庆. 天文研究与技术. 2017(03)
[4]全球高分光学星概述（三）:亚洲与俄罗斯[J]. 朱仁璋,丛云天,王鸿芳,白照广. 航天器工程. 2016(02)
[5]全球高分光学星概述（二）:欧洲[J]. 朱仁璋,丛云天,王鸿芳,邱慧,白照广. 航天器工程. 2016(01)
[6]全球高分光学星概述（一）:美国和加拿大[J]. 朱仁璋,丛云天,王鸿芳,徐宇杰,白照广. 航天器工程. 2015(06)
[7]一种提高导航卫星星座自主定轨精度的方法研究[J]. 高有涛,徐波,熊欢欢. 宇航学报. 2014(10)
[8]一种星光折射卫星自主导航系统方案设计[J]. 宁晓琳,王龙华,白鑫贝,房建成. 宇航学报. 2012(11)
[9]2000年以来国际天文学联合会（IAU）关于基本天文学的决议及其应用[J]. 刘佳成,朱紫. 天文学进展. 2012(04)
[10]基于可观测性分析的深空自主导航方法研究[J]. 崔平远,常晓华,崔祜涛. 宇航学报. 2011(10)
博士论文
[1]地月系平动点导航卫星星座设计与导航性能分析[D]. 张磊.南京大学 2017
[2]中波红外与可见光遥感图像匹配技术研究[D]. 胡修兵.武汉大学 2014
[3]微小卫星及其编队轨道与姿态一体化确定方法研究[D]. 邢艳军.哈尔滨工业大学 2012
[4]基于星载敏感器的卫星自主导航及姿态确定方法研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3325144
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