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《电子科技大学》 2001年
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SAR卫星GPS轨道和姿态测量技术研究

张贵明  
【摘要】: 随着小卫星技术的不断成熟和应用,迫切要求降低卫星测控系统的成本和 复杂性,提高定轨定姿的精度,于是星载GPS技术应运而生。GPS为低轨卫星 的自主在轨测量提供了一种全新的手段。该文针对SAR卫星的GPS自主定轨 定姿技术进行了深入的探讨和研究,结果证明了星载GPS定轨定姿的可行性和 可靠性,为我国发展GPS的空间应用提供了理论基础和实践依据。 本文首先回顾了GPS的发展及应用,特别是近些年来,GPS在空间领域的 飞速发展和应用。提出了SAR卫星采用GPS进行自主轨道确定和姿态确定的 思想。详细分析了利用GPS信号进行测量的数学模型。 论文的第二部分讨论了SAR卫星采用GPS技术进行自主定轨的基本原理 和方法。针对GPS几何定轨法存在的缺陷—GPS信号中断引起定轨失败,提出 了将GPS观测模型和卫星动力学模型相结合,采用扩展Kalman滤波(EKF) 算法进行SAR卫星自主精密定轨的技术和方法。在建立了GPS观测模型,SAR 卫星动力学模型的基础之上,详细描述了扩展Kalman导航滤波算法。并对此 做了计算机仿真。仿真结果表明,该方法定轨精度较高,基本上能满足SAR卫 星平台实际应用的需要。 论文的第三部分讨论了利用GPS多天线构成的天线阵和GPS载波相位测量 技术测量SAR卫星平台姿态的基本原理,方法。首先对测量卫星平台姿态所需 要的几种坐标系及其相互之间的转换关系进行了论述。提出了卫星姿态的四元 素模型;姿态确定的精确性、解算的快速性以及可靠性是GPS姿态确定在轨实 时应用的关键问题。因此,提出了将SAR卫星姿态运动学和动力学模型与GPS 载波相位干涉技术相结合,利用EKF算法估计SAR卫星姿态的算法,并详细 推导了算法的过程。最后进行了计算机仿真,并与GPS单点姿态确定方法得到 的仿真结果进行了比较。证明了GPS载波相位测量信息与SAR卫星姿态运动 信息进行组合估计卫星姿态的的可行性及可靠性。 论文的第四部分重点讨论了GPS载波相位测量中整周模糊度的解算问题, 模糊解是GPS差分载波相位测量中的一个关键问题。只有正确地解算出了整周 模糊度,才能精确地测量星体的姿态信息。针对SAR卫星姿态求解实时性的需 要,该文提出了一种基于LAMBDA算法的高效快速的模糊求解算法。 摘要 — — 论文的第五部分则详细分析了引起SAR卫星GPS自主定轨定姿误差的误 差源,重点分析了GPS卫星空间几何分布、基线长度、多径效应对测量的影响, 并提出了相应的削弱误差的方法和措施。 论文的第六部分则探讨了星载GPS测量系统的软硬件设计并给出了在地面 的静态及低动态环境下的GPS姿态确定实验结果,为星载GPS的工程应用提 供了参考。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TN967.1

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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4 覃超;刘向东;靳永强;;基于星敏感器和GPS伪距差分的相对状态确定[J];宇航学报;2008年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 白洁;航天GPS接收机平台的设计与应用[D];清华大学;2004年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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7 肖洪兵;郭泽荣;;旋转弹载GPS自动跟踪系统设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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9 王圣洁;康凤举;韩翃;;AUV组合导航半实物仿真系统关键技术研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
10 郭建军;谢攀;刘娟;崔海英;;基于联邦滤波的远程AUV组合导航方法研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘凤鸣;重力梯度辅助导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 陈伟;基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄昆学;GPS激光测距系统的算法研究及实现[D];山东科技大学;2010年
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3 益鹏举;低轨遥感卫星精密定轨研究[D];山东科技大学;2010年
4 孟培培;基于3S的土地督察信息系统研究[D];山东科技大学;2010年
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7 张斌;基于MIMU的捷联惯性导航系统数据采集与处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 孙波;船用稳定跟踪平台关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 苑海静;船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前9条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 石壬;何为精密单点定位[N];中国测绘报;2007年
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10 韩松来;GPS和捷联惯导组合导航新方法及系统误差补偿方案研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 党超;基于北斗的航天器测姿/测速技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 王兆龙;北斗导航系统双频整周模糊度的快速解算[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 徐顺安;嵌入式载体姿态测量系统的研制[D];合肥工业大学;2011年
6 陈玉林;利用GPS载波相位信号确定载体姿态研究[D];南京航空航天大学;2005年
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8 王冰;混合整数最小二乘估计及其在GPS定位中的应用[D];解放军信息工程大学;2010年
9 刘俊承;GPS姿态确定技术研究[D];华北工学院;2002年
10 何晓峰;GPS快速精确相对定位技术[D];国防科学技术大学;2003年
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