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《中国人民解放军国防科学技术大学》 2003年
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基于GPS的航天器姿态、相对姿态确定研究

郑庆晖  
【摘要】: 本文系统地研究了GPS姿态确定问题。GPS姿态确定问题分两大部分,一部分是模糊度求解,另一部分是姿态确定算法。 深入分析了模糊度求解的基本原理,建立了模糊度求解的完整理论。在此基础上,提出了一种基于遗传算法的模糊度搜索算法。通过白化处理模糊度,减少模糊度搜索中指标函数的局部极值点,采用适当的编码和遗传操作使得在种群个体较少的情况下避免搜索陷入早熟。通过仿真结果与原有的基于简单遗传算法搜索策略相比提高了搜索速度,能够快速得到正确模糊度组合。提出了一种综合的模糊度求解算法。利用三差最小二乘求解模糊度浮点解,然后采用整数高斯变换降低模糊度分量间的相关性,再根据QR分解和基线几何约束减少需搜索的模糊度组合,采用Cholesky分解在搜索过程中及早淘汰不正确的模糊度组合,最后利用ratio检验与基线几何约束条件相结合检验模糊度组合,尽快固定正确的模糊度。通过静、动态实验验证了该算法。 深入分析了GPS姿态确定的原理,定性分析了GPS姿态确定的各种误差,在此基础上提出了一种基于矩阵元素的卡尔曼滤波算法。以矩阵元素为状态变量,简化了算法结构,提高了算法速度。并进一步提出了并行卡尔曼滤波算法。将递推过程分为相对独立的三个部分,可以同时分别计算,大大加快了算法速度。针对模型的不准确带来的滤波性能下降甚至发散,提出了分别基于运动学模型和动力学模型的预测滤波算法。该算法首先估计模型误差,然后利用模型误差修正系统模型,由修正后的系统模型给出状态估计。在有较大时变干扰力矩情况下基于动力学模型的预测滤波算法能够很好地跟踪姿态变化,而在对系统模型一无所知,系统动态不高的条件下利用基于运动学的预测滤波算法可以得到较好的姿态估计。提出了基于QUEST算法的相对姿态确定算法和基于矩阵元素的最小二乘相对姿态确定算法。两种算法都不需要编队卫星间的姿态动力学联系。通过建立联系编队卫星姿态关系的虚拟观测量求解相对姿态。定性分析了相对位置确定中的误差。讨论了三种相对位置确定方案。建立了GPS三维姿态确定和编队卫星相对姿态确定实验系统,编制了姿态确定、相对姿态确定软件。设计了实验,验证姿态确定及相对姿态、位置确定。
【学位授予单位】:中国人民解放军国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:V448.2

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【引证文献】
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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】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 周磊;刘瑞华;;低成本IMU/GPS组合导航系统的仿真方法[A];全国第二届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2007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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中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 文援兰;航天器精密轨道抗差估计理论与应用的研究[D];解放军信息工程大学;2001年
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 吴杰,任萱,胡小平,郑伟,郑冲;双星定姿的建模与仿真[J];空间科学学报;1999年02期
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5 本报记者 曹云坤本报通讯员 曹多杰;田家庵区锐意进取创新业[N];淮南日报;2008年
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8 张强 吴永芳 熊卫平 姜宁;勇者无疆伴航天[N];科技日报;2010年
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3 范胜林;GPS姿态及定向系统的研究与实现[D];南京航空航天大学;2001年
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5 陈树新;GPS整周模糊度动态确定的算法及性能研究[D];西北工业大学;2002年
6 钱勇;高精度三轴稳定卫星姿态确定和控制系统研究[D];西北工业大学;2002年
7 陈小平;航天器自主交会对接导航与控制关键技术研究[D];电子科技大学;2012年
8 王威;GPS用于对地观测编队卫星状态的高精度确定[D];解放军信息工程大学;2004年
9 朱长征;基于星敏感器的星模式识别算法及空间飞行器姿态确定技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
10 张晨;基于星跟踪器的航天器姿态确定方法研究[D];华中科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王闪闪;GPS单基线姿态测量系统研究[D];长春理工大学;2010年
2 刘俊承;GPS姿态确定技术研究[D];华北工学院;2002年
3 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
4 汪商;智能交通系统中载波相位差分定位技术的研究[D];北京交通大学;2012年
5 韩聪颖;小型天文卫星高精度姿态确定和控制技术研究[D];西北工业大学;2004年
6 曹阳;三轴稳定卫星姿态确定与控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 何凯;智能车载语音播报器的设计与开发[D];湖南大学;2012年
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 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
10 郝东;微小卫星姿态确定与磁控技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
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