基于ODTK的卫星初始轨道确定

在空间目标监视和反导预警的研究中,卫星的轨道确定是一项极其复杂和困难的工作,为此运用Orbit Determination Tool Kit（ODTK）高级定轨分析软件,针对卫星初轨确定的一般性算法步骤,设计了详细的软件操作步骤来快速的执行卫星初轨确定任务,并通过实际数据验证了该操作步骤的有效性.     

基于磁强计和陀螺测量的卫星轨道姿态一体化确定算法

突破卫星轨道和姿态参数分别确定分而治之的传统模式,提出了利用磁强计和陀螺测量信息同时确定卫星轨道和姿态参数的新方法。利用磁强计提供的地磁场测量值与地磁场模型计算值之间的差值,以及陀螺提供的角速度信息,推导了轨道姿态一体化确定扩展卡尔曼滤波算法。利用局部可观测性理论定量地计算系统局部可观测矩阵的条件数,进而利用该条件数对系统的可观测性进行深入分析。最后对本文算法进行了数学仿真,结果表明该算法的可行性和有效性。     

基于ODTK的卫星最小二乘轨道改进

为快速有效地执行卫星轨道确定中的最小二乘轨道改进任务,引入Orbit Determination Tool Kit(ODTK)软件,设计了详细的操作步骤和参数设置;利用某卫星的雷达实测数据验证了运用ODTK软件进行相关操作的有效性.这为运用ODTK软件执行精密定轨及操作研究打下了基础.     

基于地磁场的轨道姿态一体化确定

突破卫星轨道和姿态参数分别确定分而治之的传统模式,提出了利用磁强计和陀螺测量信息同时确定卫星轨道和姿态参数的新方法.利用磁强计提供的地磁场测量值与地磁场模型计算值之间的差值,以及陀螺提供的角速度信息,推导了轨道姿态一体化确定扩展卡尔曼滤波算法.利用局部可观测性理论定量地计算系统局部可观测矩阵的条件数,进而利用该条件数对系统的可观测性进行深入分析.最后对本文算法进行了数学仿真,结果表明该算法的可行性和有效性.     

基于矢量观测确定卫星轨道姿态:欧拉角估计器

针对“矢量观测+陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统配置模式,采用欧拉角作为姿态参数,应用扩展卡尔曼滤波技术综合处理姿态测量信息,给出了具有良好滤波性能的轨道姿态估计算法.在算法的设计过程中,针对单矢量观测情况,通过改进协方差修正算法加快了状态估值的收敛速度;针对多矢量观测情况,把 QUEST 法作为矢量观测数据压缩技术有效地结合进姿态估计器中,使得在多矢量观测情况下的滤波修正算法得到了简化.     

编队飞行卫星相对轨道确定方法研究

针对2颗卫星编队飞行的情形,研究了星间位置测量量为相对距离、方位角和俯仰角时的卫星相对轨道自主确定方法。首先根据C-W-Hill(Clo-hessy-Wiltshire-Hill)方程得到卫星运动的状态方程;然后基于星间测量量确定观测方程,使用2种方法进行相对位置、相对速度参数的估计,实现对卫星相对轨道的确定;最后对这2种方法进行仿真,结果证明了它们的可行性。     

基于最小二乘的编队飞行卫星相对轨道确定

针对2颗星编队飞行的情况,描述了卫星近距离运动的Hill方程,利用星上激光仪器设定了星间测量位置矢量进而确定观测方程,设计了最小二乘滤波器来实现相对轨道的确定.结合空间圆编队构形进行了分析和仿真,结果表明最小二乘估计能够有效提高相对位置确定精度,并给出相对速度的高精度估计.     

基于矢量观测确定卫星轨道姿态:欧拉角估计器

针对“矢量观测 陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统配置模式，采用欧拉角作为姿态参数，应用扩展卡尔曼滤波技术综合处理姿态测量信息，给出了具有良好滤波性能的轨道姿态估计算法．在算法的设计过程中，针对单矢量观测情况，通过改进协方差修正算法加快了状态估值的收敛速度；针对多矢量观测情况，把QUEST法作为矢量观测数据压缩技术有效地结合进姿态估计器中，使得在多矢量观测情况下的滤波修正算法得到了简化．     

自适应扩展卡尔曼滤波在卫星姿态确定系统中的应用

扩展卡尔曼滤波（以下简称EKF）算法应用于卫星姿态确定系统时需要已知精确的系统模型及过程噪声和观测噪声统计特性,并有计算量过大的问题。本文在EKF算法中加入噪声观测器,构成自适应扩展卡尔曼滤波算法（Adaptive Extended Kalman Filter,以下简称AEKF）,使系统能够在传感器噪声统计特性未知的情况下,依然获得较高的系统状态估计精度,增强了系统的鲁棒性。并且AEKF算法简化了系统状态方程,相对于EKF算法减少计算量。经数学仿真验证,AEKF算法能较好地对传感器噪声的统计特性进行在线估计,使姿态确定系统正常工作,有较高的工程应用价值。     

自适应扩展卡尔曼滤波在卫星姿态确定系统中的应用

扩展卡尔曼滤波(以下简称EKF)算法应用于卫星姿态确定系统时需要已知精确的系统模型及过程噪声和观测噪声统计特性,并有计算量过大的问题。本文在EKF算法中加入噪声观测器,构成自适应扩展卡尔曼滤波算法(Adaptive Extended Kalman Filter,以下简称AEKF),使系统能够在传感器噪声统计特性未知的情况下,依然获得较高的系统状态估计精度,增强了系统的鲁棒性。并且AEKF算法简化了系统状态方程,相对于EKF算法减少计算量。经数学仿真验证,AEKF算法能较好地对传感器噪声的统计特性进行在线估计,使姿态确定系统正常工作,有较高的工程应用价值。     

Autonomous determination of orbit for probe around asteroids using unscented Kalman filter

The observed images of the asteroid and the asteroid reference images are used to obtain the probe-to-asteroid direction and the location of the limb features of the asteroid in the inertial coordinate. These information in combination with the shape model of the asteroid and, attitude information of the probe are utilized to obtain the position of the probe. The position information is then input to the UKF which determines the real-time orbit of the probe. Finally, the autonomous orbit determination algorithm is validated using digital simulation. The determination of orbit Using UKF is compared with that using extended Kalman filter (EKF), and the result shows that UKF is superior to EKF.     

非线性滤波算法的性能分析

对目前非线性滤波的主要算法即扩展卡尔曼滤波、不敏卡尔曼滤波、粒子滤波、扩展卡尔曼粒子滤波和不敏粒子滤波的滤波模型、适用条件、性能进行了分析比较,给出了每种方法的计算复杂度.通过一个非线性非高斯模型进行了仿真,验证了这些算法的性能.     

卫星编队相对轨道的分布式估计方法

研究了卫星编队的相对轨道自主确定问题,选择“无线电+激光”的测量方案,为减轻多星编队星间通信量和星上计算量的负担,将状态估计器设计为分布式构型,并利用分布式Schm idt-Kalman滤波算法对编队的相对轨道状态进行估计。仿真结果验证了该导航方案和算法的有效性。     

改进EKF算法在固定单站被动目标跟踪中的应用

针对传统EKF算法线性化误差较大的问题,基于固定单站被动目标跟踪模型,研究了非线性函数线性化展开点及雅可比矩阵取值点对线性化逼近误差的影响,然后对传统EKF算法的线性化展开方式进行优化,提出一种基于中值定理的后向平滑BS-EKF算法。仿真结果表明,与传统EKF相比,该算法在时间复杂度上略有增加,但稳定性、滤波精度和收敛速度有所提高,适用于对定位精度要求较高的情况。     

一种双频非组合实时精密定位方法

为满足单系统单基线双频数据条件下的实时精密定位需求,提出一种双频非组合实时精密定位技术,基于站间-星间载波相位及伪距观测量双差观测模型,实现单系统单基线双频非组合RTK(Real Time Kinematic).通过分析双差模型观测量冗余度,确立模型残余误差处理策略,设定状态向量,推导并建立状态预测方程及测量方程,实时更新状态向量变换矩阵,根据随机模型调整两种观测量数据的权重,最后利用扩展卡尔曼滤波器技术得到实时定位结果.文中基于几组中长基线实验,通过考察定位结果的三维定位误差及整周模糊度成功固定率,验证该方法的有效性.实验结果表明,在中长基线条件下进行实时定位,该方法精度可以达到厘米级,基线长度为135.6 km时,整周模糊度固定成功率为97.3%,东向、北向、天向的CEP95定位误差分别为1.35 cm、1.84 cm、7.08 cm.双频非组合技术充分利用差分技术的优势消除与距离无关的相关误差,并有效地避免了观测值组合过程所引起的观测噪声,可以实现中长基线条件下的厘米级实时定位.     

低轨星实时自主定轨新方法--"积分滤波法"

讨论了动力法轨道数值积分定轨及几何法定轨存在的问题,进而提出了一种采用观测数据和轨道数值积分融合的实时自主定轨方法。实测数据的计算结果表明,新的定轨方法可以实时自主地得出卫星轨道的位置,并能达到较高的定轨精度。     

Integrated precise orbit determination of Shenzhou Ⅳ unmanned spacecraft

Considering the characteristic orbit of Shenzhou Ⅳ spacecraft and the advantages and disadvantages of several types of domestic orbit measurements, a scheme of IPOD is determined, which uses GPS, SLR and USB observation data jointly plus precise ionosphere corrections to GPS observation data. IPOD system and mathematic models of OD are introduced. The results of different joint OD are analyzed using true observation data, and show that radial accuracy is better than 2 m.