空间飞行器轨道估计与误差分析

卫星探测是当今空间飞行器观测与轨道估计的重要方式.针对空间飞行器轨道估计及卫星无源探测的误差分析等问题,在双星观测条件下,使用样条插值及拟合的方法对包含随机误差和系统误差的初始数据进行光滑处理,然后基于立体几何和逐点交汇的思想建立了运动方程参数模型,采用最小二乘法估计参数,得到了空间飞行器的估计轨道,并使用LMF法进行了系统误差分析.针对单星观测的情况,一方面,认为飞行器轨道上的点共面且均在过地心的平面内,另一方面,通过建立飞行器轨道模版数据库与观测相对比,了解识别是何种飞行器.添加了这些约束和先验信息后,可以得到大致的轨道估计.     

空间飞行器主动段轨道估计与误差分析

通过微分方程组数值解法计算两颗观测卫星的三维位置,在此基础上运用双星逐点交汇思路,建立定位中值估计与优化模型得到空间飞行器主动段轨道估计,并对存在的三轴指向误差进行估计,提出位置半径作为考虑系统误差下模型精度提高的判断标准.     

基于卫星无源探测的飞行器主动段轨道估计

首先提出了一种在双星无源飞行器主动段探测中,可同时估计双星测量的系统误差并给出目标预测轨道的方法.将卫星测量值误差在小角度条件下转化为卫星测量轴的偏转角,以双星逐点交汇定位法得出的轨道为基准估计系统误差,利用最小二乘思想将模型参数估计问题转化为优化问题,使用遗传算法对目标飞行器模型参数进行估计.而后讨论了一种通过加强模型约束,由单星无源探测估计目标轨道的方法.     

基于伴随同化方法的空间飞行器轨道估计

基于空间几何原理提出了一个双星无源定位方案,方案中包括两个观测坐标系和一个基础坐标系.每个观测坐标系中分别存在一条由观测卫星发出指向目标飞行器的射线,考虑到实际观测中存在各种误差,任意两颗观测卫星对目标飞行器的定位方向一般不在同一个平面内(即为异面直线),假定两条异面直线的公垂线段的中点(相交的情况下为交点)是目标飞行器所在的位置,而公垂线段的长度表征两颗卫星的观测误差.利用空间飞行器的观测数据计算了飞行器在基础坐标系中的位置坐标并进行了误差估计.利用一个基于伴随同化方法的数值模型估计了空间飞行器主动段的轨道.正向模型用来模拟飞行器的运动过程,伴随模型用来优化参数.通过同化空间飞行器在基础坐标系下的观测数据得到了空间飞行器的轨道.设计了数值实验以检验该模型的合理性,实验结果表明了双星无源定位系统的正确性,通过同化卫星对飞行器的观测数据,该伴随同化模型可以对空间飞行器的轨道进行成功估计.     

基于多模型自适应估计的姿态敏感器误差校准

提出一种基于多模型自适应估计(MMAE)的星敏感器低频误差(LFE)校准方法.星敏感器低频误差主要是由空间热环境的周期性变化造成的,会对卫星姿态确定精度造成显著影响.低频误差的影响可以通过扩维卡尔曼滤波(AKF)进行校准.但是,在星敏感器观测量中不存在低频误差的情况下,AKF的姿态估计精度往往不及传统卡尔曼滤波(KF).针对这一问题,将KF与AKF相结合,设计了基于MMAE的姿态确定滤波算法,该算法能够根据星敏感器在轨误差特性自适应的选择KF或AKF算法进行滤波.仿真结果表明,所提算法综合性能优于KF和AKF,适用于对姿态确定精度要求较高的高分辨率对地观测卫星.     

次最优节点样条函数在准实时数据处理中的应用

针对准实时数据处理的特点，本文通过对飞行器弹道用次最优节点的样条函数表示，建立了多设备跟踪同一弹道的参数融合处理模型。与实时处理相比，由于考虑了弹道的节省参数表示，融合模型可同时提供较高精度的飞行器轨道参数和飞行器轨道跟踪系统误差的估计；与事后处理相比，由于在特征点间采用的是等距节点，因此算法的速度快，可以满足准实时数据处理的要求。     

近圆轨道卫星过顶时间预报的数学模型

基于近圆轨道卫星的特点,通过理论公式推导,确定卫星星下点轨道,建立近圆轨道卫星过顶时间预报的数学模型.首先依据观察站确定卫星进出观察站接收圈时星下点的经纬度,然后根据该点经纬度与卫星倾斜角推求卫星的升交点或者降交点,最后从升交点或者降交点出发外推不超过1/4周期,两者合并得到整个周期的卫星轨迹推导公式.将模型应用于已知和未知卫星轨道根数的实际军事行动避空侦察中去,与实际检测情况相比误差较小、吻合度较高,说明模型有较好的工程应用价值.     

多星协同观测条件下区域目标的动杰划分方法

针对多星对区域目标的协同观测问题建模,提出了基于卫星观测能力的动态划分方法,划分时能够充分利用卫星的每次过境观测机会,依据不同卫星的遥感器幅宽、侧摆能力以及卫星轨道参数特征,以及偏移参数动态划分区域目标,构造多个候选观测场景,特别适用于运动轨迹、工作模式存在差异的多颗卫星联合观测的情况.仿真实验表明,采用本文的划分方法,能够明显提高多星对区域目标协同观测的效率.     

轨道运动方程数值解的一种加速算法

针对卫星轨道受大气阻力摄动的运动方程,提出了一种数值加速算法,该算法实现简单、计算量小、精度高,适合于各类卫星轨道的方程的求解.     

浅水方程初值问题数据同化的半参数方法

针对大气海洋方程初值问题的解,通过建立半参数模型,采用局部多项式回归方法,对在不同空间和不同时间点的观测数据进行同化,估计出方程的初始条件.以无粘的浅水方程初值问题为例,通过设计适当的准则,确定最佳估计的窗宽,同时利用完全正交分解对算法进行改进,从而解决了常规非参数估计时投影矩阵接近奇异的问题.最后,将本方法与非参数方法的估计结果进行了比较,由于充分考虑了大气海洋方程解的特点,使得在保持计算量相对较小的同时,估计精度得到提高.