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《国防科学技术大学》 2005年
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基于星间观测的星座自主导航方法研究

张艳  
【摘要】: 随着卫星应用需求的日益发展,特别是上世纪80年代以来,越来越多的飞行任务仅靠单颗卫星已不可能完成,于是由多颗卫星组成的星座开始引起人们的关注。星座中的卫星数目往往较多,并且要求一定程度的协同工作,因此单纯采用单星自主定轨不是一个最佳的选择。本文充分利用星座本身构成的空间约束,研究了基于星间观测的星座自主导航方法。通过对该方法进行数学分析,设计了星座自主导航系统的基本框架,并重点研究了整网定轨方法、抗差估计方法和基于星间观测+星光折射的组合导航方法。本文的主要研究工作如下: 1)在建立星-星跟踪定轨条件方程的基础上,对其法方程的系数矩阵进行研究,分析了在不同情况下,卫星对应的轨道根数的相关性。并通过对Walker星座某一时刻的星间观测网进行几何分析和数值分析,定量给出了利用不同类型的星间观测网对轨道根数变化引起的系统误差和随机误差的修正情况。最后还对星座的整体旋转误差进行了分析,给出了旋转误差的计算方法和边界条件。 2)针对星间观测网的秩亏问题,进行星座自主导航系统的框架设计,讨论了星间、星地的测量方案以及测量值的时间同步问题,最后对影响星座导航精度的各个因素进行了数学分析,得出了一些有益的结论。 3)主要讨论了伪逆平差、有偏估计、Bayes估计等秩亏自由网平差方法,通过对具体方法的分析,给出了适用于星座自主导航系统的整网定轨模型。同时为了节省计算时间,设计了快速平差方法,通过合适的分组,在不降低定位精度的前提下,提高了计算速度。 4)通过分析星间测距网的特殊性,设计了适用于星间测距网的抗差方案。该方案不仅能够准确检测出观测粗差,而且还能进行失效节点的检测,避免了由于某颗卫星的失效而导致自主导航系统的整体失效。通过与其它两种方案的比较,表明该方案在粗差定位的准确性和精度方面都优于其它两种方法。 5)充分利用星光折射和星间观测自主导航方法的特点,提出一种基于星间观测+星光折射的信息融合的星座自主导航系统,依据较精确的大气折射模型,构筑基于测量星光折射角、星间相对距离和相对速度的组合导航算法。理论分析和仿真计算的结果都表明,基于信息融合的组合导航系统要比单独使用其中一种导航系统具有更高的导航精度和可靠性。 6)以GPS卫星为例,进行仿真研究。讨论了GPS卫星的力学模型、轨道积分方法以及星间观测值模拟。通过对星座进行90天的定轨仿真,结果表明采用星间测距网可以实现中高轨道星座的长时段精密定轨。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:V448.224

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 张艳;;摄动影响下的“星校”自鉴定方法研究[J];飞行器测控学报;2007年06期
3 李征航;龚晓颖;刘万科;吕海霞;;导航卫星自主定轨中地球定向参数误差的修正[J];大地测量与地球动力学;2012年06期
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9 宋小勇;毛悦;贾小林;吴显兵;;基于星间测距的分布式自主星历更新算法[J];武汉大学学报(信息科学版);2010年10期
10 李征航;龚晓颖;刘万科;;误差与先验信息对导航卫星自主定轨的影响研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2011年07期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 李征航;龚晓颖;刘万科;吕海霞;;导航卫星自主定轨中地球自转参数误差的修正[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
2 王海红;郑晋军;何善宝;初海彬;韩治刚;李长江;;基于上注星历导航卫星分布式自主定轨系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
3 尚琳;刘国华;刘善伍;张锐;李国通;;地面锚固站消除自主导航中星座旋转误差的性能评估[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘睿;飞行器惯性/地磁/天文组合导航系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 刘光明;基于天基测角信息的空间非合作目标跟踪算法及相关技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
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6 项军华;卫星星座构形控制与设计研究[D];国防科学技术大学;2007年
7 郁丰;微小卫星姿轨自主确定技术研究[D];南京航空航天大学;2008年
8 王鹏;基于星载敏感器的卫星自主导航及姿态确定方法研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 李丹;小卫星多传感器自主导航关键技术研究[D];南京航空航天大学;2008年
10 李建勋;基于X射线脉冲星的定时与自主定位理论研究[D];西安理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 李海生;基于星间测距及方向约束的导航星座自主定轨技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 刘亚琼;基于IGS系统的导航卫星自主定轨仿真计算[D];中国科学院研究生院(国家授时中心);2010年
3 刘通;基于GPS相对测量的卫星编队碰撞规避研究[D];上海交通大学;2012年
4 唐琼;基于星光折射航天器自主轨道确定[D];西北工业大学;2007年
5 张丽敏;卫星多传感器自主导航方案及算法研究[D];南京航空航天大学;2008年
6 李文博;基于星间测量的编队卫星防碰撞规避研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
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8 张磊;船用捷联式惯性/天文组合导航方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
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3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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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 毕危危;王剑;蔡伯根;;基于GPRS和DGPS的车辆管理系统[J];北京交通大学学报;2006年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 包丽萍;;参考基准在水平位移监测点稳定性分析中的应用探讨[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 单红全;曹正玉;;全站仪与RTK相结合在全野外数字测图中的应用[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
3 黄琳;段志生;杨莹;;现代飞行器控制的几个科学问题[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 张卫星;李征航;刘万科;;EOP预报误差对导航卫星自主定轨影响分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
5 李征航;龚晓颖;刘万科;吕海霞;;导航卫星自主定轨中地球自转参数误差的修正[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
6 黄飞江;杨俊;卢晓春;单庆晓;周永彬;陈建云;;基于动态双向时间同步的星间测距算法[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
7 王海红;郑晋军;何善宝;初海彬;韩治刚;李长江;;基于上注星历导航卫星分布式自主定轨系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
8 刘国华;吴宅莲;尚琳;肖寅;王毅;;基于星间链路的自主导航精度分析研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 王海红;武向军;初海彬;王庆华;迟军;李长江;;导航星座星间链路拓扑构形设计与分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 唐颖哲;曾安敏;刘光明;秦显平;吴富梅;;载波相位单点定位方法及精度分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李姗姗;水下重力辅助惯性导航的理论与方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
2 彭富清;海洋重力辅助导航方法及应用[D];解放军信息工程大学;2009年
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4 秦显平;星载GPS低轨卫星定轨理论及方法研究[D];解放军信息工程大学;2009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
2 谷守周;GPS/GALILEO完备性算法研究及软件实现[D];山东科技大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 尚艳玲;谷保庆;;使用MFC实现OpenGL应用程序的开发[J];安阳师范学院学报;2007年05期
2 赵东杰;赵洪利;杨海涛;;MEO卫星通信系统星际链路网络拓扑[J];兵工自动化;2006年02期
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7 全伟;王广君;房建成;;一种基于Hausdorff距离的改进星图识别方法[J];北京航空航天大学学报;2006年01期
8 宋利芳;房建成;;航天器天文导航中星敏感器最佳安装方位研究[J];北京航空航天大学学报;2006年01期
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10 曾涛,徐涛,李栋,崔智社;自举滤波器在非线性目标跟踪系统中的应用[J];北京理工大学学报;2004年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王黎沁;曾国强;胡敏;;编队飞行卫星碰撞概率及碰撞规避策略仿真分析[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱俊;基于星间链路的导航卫星轨道确定及时间同步方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 陈金平;GPS完善性增强研究[D];解放军信息工程大学;2001年
3 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10条
1 彭蓉;智能组合导航系统中信息融合与容错理论研究[D];西北工业大学;2003年
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3 王雄才;基于数字卫星信号的无源雷达关键技术研究[D];南京理工大学;2004年
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6 刘安鹏;基于MEMS技术的微型组合导航系统建模[D];西北工业大学;2005年
7 李端勇;基于信息融合的组合导航系统研究[D];西北工业大学;2005年
8 黄荣府;星间精密测距技术[D];南京理工大学;2005年
9 周鑫;船用惯导/卫星全组合技术[D];国防科学技术大学;2004年
10 王萍;星载雷达高度计自主导航技术[D];国防科学技术大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李勇军;赵尚弘;吴继礼;马丽华;;低中轨道双层卫星光网络的分时切换半实物仿真演示系统[J];光电子.激光;2011年10期
3 李田;赵尚弘;李勇军;吴继礼;;双层卫星光网络半实物仿真演示系统设计[J];光通信技术;2008年10期
4 赵双朋;宋华;李克行;邱红专;杨静;;星座导航与控制分布式仿真系统设计[J];航天控制;2010年06期
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10 杨洋;董绪荣;范丽;毛潇;;混合导航星座卫星重构方法研究[J];上海航天;2012年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈晨;陈杰;张娟;;网络化天基信息系统的连续性效能评估[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 张华;高精度双视场星敏感器关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
2 黄波;星间测距与导航卫星自主定轨研究[D];华中科技大学;2011年
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5 熊剑;粒子滤波及其在光纤捷联惯性导航系统中的应用[D];南京航空航天大学;2010年
6 刘文祥;卫星导航系统高精度处理与完好性监测技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
7 赵勇;卫星总体多学科设计优化理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2006年
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9 沈欣;光学遥感卫星轨道设计若干关键技术研究[D];武汉大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘哲聿;卫星组网结构设计与仿真[D];西安电子科技大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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5 ;百事灵推出星座闪存[N];国际商报;2005年
6 实习生 戚秀文 本报记者 陈魏魏;星座、占卜 送了孩子的眼[N];丹东日报;2005年
7 中国空间技术研究院 李祖洪;中华星座[N];计算机世界;2001年
8 高福生;青少年热衷“占星算命”[N];中国妇女报;2004年
9 雪晶;你的星座宝石[N];中国矿业报;2003年
10 何珊;真有“星座爱情匹配”这回事?调查证明是胡扯[N];新华每日电讯;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张艳;基于星间观测的星座自主导航方法研究[D];国防科学技术大学;2005年
2 张利宾;火箭上面级导航、中途修正与姿态控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 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
4 刘广军;组合导航系统的数据处理与仿真[D];中国人民解放军信息工程大学;2002年
5 张景伟;INS/GPS/SAR组合导航系统关键问题研究[D];西北工业大学;2003年
6 柯熙政;亚音速飞行器组合导航方案研究[D];第二炮兵工程学院;2002年
7 赵超;流域实时洪水抗差预报系统研究[D];河海大学;2006年
8 曾旭平;导航卫星自主定轨研究及模拟结果[D];武汉大学;2004年
9 叶常春;基于Web的无线导航服务技术及其空间数据组织方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
10 尚捷;MIMU及其与GPS组合系统设计与实验研究[D];清华大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗志刚;车载自主导航系统关键技术研究[D];山东大学;2012年
2 沈剑蕾;AUV模型辅助的微小型自主水下导航技术研究[D];上海交通大学;2011年
3 闫鑫;基于抗差估计的GPS/MIMU组合导航滤波算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 唐琼;基于星光折射航天器自主轨道确定[D];西北工业大学;2007年
5 徐广晨;惯性/地球物理组合导航信息融合的研究[D];浙江工业大学;2010年
6 王敏;组合导航系统性能评估与试验设计[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 罗继先;给合导航评价验证系统设计[D];西安工业大学;2012年
8 殷勤;智能车辆组合导航中数据融合算法[D];吉林大学;2012年
9 宋杰;组合导航滤波扩散及检测研究[D];昆明理工大学;2012年
10 焦书红;组合导航系统故障诊断综合决策方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
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