星間測距與導(dǎo)航衛(wèi)星自主定軌研究.pdf

1、衛(wèi)星之間的距離測量是星-星跟蹤測定重力場、導(dǎo)航衛(wèi)星自主定軌以及衛(wèi)星編隊(duì)飛行等應(yīng)用的基礎(chǔ)，并且當(dāng)前我國基于星-星跟蹤探測重力場以及BeiDou2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在建設(shè)之中。不同于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，中國BeiDou2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不能全球布設(shè)地面站，結(jié)合地面站和星間距離測量信息定軌是一種理想的高精度定軌方式，而且依靠星間距離測量信息還可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航衛(wèi)星自主定軌功能。因此，針對靜態(tài)、弱動態(tài)以及高動態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星之間的距離測量技術(shù)以及基于星間測距實(shí)現(xiàn)導(dǎo)

2、航衛(wèi)星自主定軌進(jìn)行研究，具有非常重要的價值。本論文主要成果和貢獻(xiàn)如下：
　　 1、針對靜態(tài)環(huán)境，提出了一種漸進(jìn)提高精度測距技術(shù)：GIPR(Gradully Improving Precision Ranging)測距技術(shù)。該測距技術(shù)基于偽隨機(jī)碼和載波相位、無需解整周模糊度并可漸進(jìn)提高測距精度。理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，載波相位測量精度優(yōu)于周時，測距精度總是可以漸進(jìn)提高的，并且進(jìn)行兩次漸進(jìn)距離測量后，測距精度可達(dá)微米級，能夠滿足

3、當(dāng)前大多數(shù)測距精度的需要。
　　 2、針對高動態(tài)環(huán)境，文中證明，要想僅僅通過星間測距直接獲得衛(wèi)星之間高精度的瞬時距離，也就是同一個時刻點(diǎn)兩顆衛(wèi)星之間的距離，是不可能的。高動態(tài)環(huán)境下只能精確測量發(fā)出信號時刻和對方接收信號時刻兩者之間的距離，并針對導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)這一特殊環(huán)境，分析了單向和雙向測距技術(shù)中鐘差對測距精度的影響。
　　 3、針對弱動態(tài)環(huán)境，文中提出一種近似測量星間瞬時距離的方法：WD_DOWR(Weak Dynami

4、c_Double One Way Ranging)方法。它將光速不變基本原理和DOWR測距技術(shù)相結(jié)合，推導(dǎo)出弱動態(tài)環(huán)境下求解星間瞬時距離可能達(dá)到的測距精度與衛(wèi)星之間的距離、相對運(yùn)動速度之間的解析表達(dá)式，并加以仿真分析。
　　 4、針對導(dǎo)航衛(wèi)星自主定軌研究，提出了兩種基于中心差分的CDBFOD(Central-Difference Bayesian Filter based Orbit Determination)和CDFOD(C

5、entral-Difference Filter based Orbit Determination)自主定軌方法：CDBFOD定軌方法是一種基于求解初始條件的自主定軌方法。它基于一階中心差分對導(dǎo)航衛(wèi)星動力學(xué)模型和衛(wèi)星間距離量測方程進(jìn)行線性化，并用Bayesian方法進(jìn)行狀態(tài)和參數(shù)估計(jì)。本質(zhì)上是用中心差分代替求導(dǎo)過程，免去了復(fù)雜的人為分析求解雅克比矩陣過程。
　　 5、CDFOD自主定軌方法是一種逐歷元定軌方法，該方法采用Sti

6、rling插值代替Taylor級數(shù)展開，用中心差分代替雅克比矩陣求解，對動力學(xué)模型進(jìn)行線性化處理，觀測方程不再進(jìn)行任何線性化處理。并采用非線性濾波技術(shù)中基于中心差分的DD1(first Divided Difference)和DD2(second Divided Difference)濾波器，對衛(wèi)星狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行逐歷元估計(jì)，與基于Taylor級數(shù)展開的EKF濾波器相比，實(shí)現(xiàn)更加簡單，估計(jì)精度有所提高。最后用自主開發(fā)的基于星間測距自主定軌