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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2004年
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地平式光测跟星系统天顶盲区及跟踪算法研究

吉桐伯  
【摘要】: 光电测量是进行卫星监测的核心手段之一。陆基型光学测量设备目前主要采用地平式和极轴式两种结构模式,由于地平式系统成本低,软硬件成熟度和工作可靠性高等原因,在观测人造卫星的仪器中绝大部分采用地平式装置。然而地平式光测设备的缺陷是存在天顶盲区。所谓天顶盲区问题是指目标过天顶时对地平式设备方位轴有一个极大的过载要求,需要方位轴瞬时调转180°(或略小于180°),此时方位变化的角速度和角加速度在数学意义上是无穷大,导致目标丢失。详尽分析天顶盲区,对解决该问题所涉及的相关技术进行深入研究,具有重要的理论意义和实用价值。 本文以测星精密光电望远镜和地基激光反卫星跟踪望远镜项目为课题背景,在系统的总结国内外过天项目标跟踪技术发展现状的基础上,归纳出三种解决方案:方位轴倾斜方法、增设次俯仰轴方法、程序引导方法。并指出三种方案之间的共同点是要求系统具备对目标轨迹进行实时预测能力。本文依据不改变系统硬件结构的研究思路,提出一个基于目标轨迹预测技术的解决过天顶跟踪的方案构想,给出具体实施步骤,预计可使系统单站单圈次跟踪采集到的有效数据总量提高约一倍。 本文针对地平式装置天顶盲区的形成机理进行全面分析。在观测坐标系中推导出确定天顶盲区理论范围公式和满足过天项跟踪条件的关系式;在天文坐标系中以长春卫星观测站(北纬43.9°)作为计算基准,分别讨论了方位、俯仰方向的角速度、角加速度等对天顶盲区的影响,在理论分析上为解决过天顶跟踪问题打下了基础。 针对高仰角跟星时野值出现几率极高(有时多达10~20%)的现象,数据预处理方面重点研究了野值剔除技术。为满足卫星轨道递推计算需要,根据天体力学、航天动力学理论,建立起二体条件下的卫星轨道动力学模型。 在上述工作的基础上,目标轨迹预测技术重点研究了卫星轨道递推算法。分析了使用经典Kalman滤波进行计算存在的问题,由于卫星轨道模型属于非线性系统,给出了推广Kalman滤波公式,并应用自适应Kalman滤波算法计算卫星轨道。相关实验数据分析表明:自适应Kalman滤波算法在收敛速度、估计精度等方面要远优于递推最小二乘算法,应用自适应Kalman滤波处理目标轨迹数据,可显著提高预测精度,即事实上减小了天顶盲区的范围。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:V447

【引证文献】
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【参考文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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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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中国博士学位论文全文数据库 前5条
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