地平式光測跟星系統(tǒng)天頂盲區(qū)及跟蹤算法研究.pdf

1、摘要摘要光電測量是進行衛(wèi)星監(jiān)測的核心手段之一。陸基型光學測量設備目前主要采用地平式和極軸式兩種結(jié)構(gòu)模式，由于地平式系統(tǒng)成本低，軟硬件成熟度和工作可靠性高等原因，在觀測人造衛(wèi)星的儀器中絕大部分采用地平式裝置。然而地平式光測設備的缺陷是存在天頂盲區(qū)。所謂天頂盲區(qū)問題是指目標過天頂時對地平式設備方位軸有一個極大的過載要求，需要方位軸瞬時調(diào)轉(zhuǎn)1800(或略小于180)，此時方位變化的角速度和角加速度在數(shù)學意義上是無窮大，導致目標丟失。詳盡分析天

2、頂盲區(qū)，對解決該問題所涉及的相關(guān)技術(shù)進行深入研究，具有重要的理論意義和實用價值。本文以測星精密光電望遠鏡和地基激光反衛(wèi)星跟蹤望遠鏡項目為課題背景，在系統(tǒng)的總結(jié)國內(nèi)外過天頂目標跟蹤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，歸納出三種解決方案:方位軸傾斜方法、增設次俯仰軸方法、程序引導方法。并指出三種方案之間的共同點是要求系統(tǒng)具備對目標軌跡進行實時預測能力。本文依據(jù)不改變系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的研究思路，提出一個基于目標軌跡預測技術(shù)的解決過天頂跟蹤的方案構(gòu)想，給出具體實

3、施步驟，預計可使系統(tǒng)單站單圈次跟蹤采集到的有效數(shù)據(jù)總量提高約一倍。本文針對地平式裝置天頂盲區(qū)的形成機理進行全面分析。在觀測坐標系中推導出確定天頂盲區(qū)理論范圍公式和滿足過天頂跟蹤條件的關(guān)系式在天文坐標系中以長春衛(wèi)星觀測站(北緯43.90)作為計算基準，分別討論了方位、俯仰方向的角速度、角加速度等對天頂盲區(qū)的影響，在理論分析上為解決過天頂跟蹤問題打下了基礎。針對高仰角跟星時野值出現(xiàn)幾率極高(有時多達10^20%)的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)預處理方面重點研

4、究了野值剔除技術(shù)。為滿足衛(wèi)星軌道遞推計算需要，根據(jù)天體力學、航天動力學理論，建立起二體條件下的衛(wèi)星軌道動力學模型。在上述工作的基礎上，目標軌跡預測技術(shù)重點研究了衛(wèi)星軌道遞推算法。分析了使用經(jīng)典Kalman濾波進行計算存在的問題，由于衛(wèi)星軌道模型屬于非線性系統(tǒng)，給出了推廣Kalman濾波公式，并應用自適應Kalman濾波算法計算衛(wèi)星軌道。相關(guān)實驗數(shù)據(jù)分析表明:自適應Kalman濾波算法在收斂速度、估計精度等方面要遠優(yōu)于遞推最小二乘算法，應