星間測(cè)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(cè)量是星-星跟蹤測(cè)定重力場(chǎng)、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(guó)基于星-星跟蹤探測(cè)重力場(chǎng)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(guó)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(cè)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(cè)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(duì)靜態(tài)、弱動(dòng)態(tài)以及高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星之間的距離測(cè)量技術(shù)以及基于星間測(cè)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(jià)值。本論文主要成果和貢獻(xiàn)如下：
　　 1、針對(duì)靜態(tài)環(huán)境，提出了一種漸進(jìn)提高精度測(cè)距技術(shù)：GIPR(Gradully Improving Precision Ranging)測(cè)距技術(shù)。該測(cè)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(cè)距精度。理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，載波相位測(cè)量精度優(yōu)于周時(shí)，測(cè)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(cè)量后，測(cè)距精度可達(dá)微米級(jí)，能夠滿足

3、當(dāng)前大多數(shù)測(cè)距精度的需要。
　　 2、針對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境，文中證明，要想僅僅通過星間測(cè)距直接獲得衛(wèi)星之間高精度的瞬時(shí)距離，也就是同一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)兩顆衛(wèi)星之間的距離，是不可能的。高動(dòng)態(tài)環(huán)境下只能精確測(cè)量發(fā)出信號(hào)時(shí)刻和對(duì)方接收信號(hào)時(shí)刻兩者之間的距離，并針對(duì)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(cè)距技術(shù)中鐘差對(duì)測(cè)距精度的影響。
　　 3、針對(duì)弱動(dòng)態(tài)環(huán)境，文中提出一種近似測(cè)量星間瞬時(shí)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(cè)距技術(shù)相結(jié)合，推導(dǎo)出弱動(dòng)態(tài)環(huán)境下求解星間瞬時(shí)距離可能達(dá)到的測(cè)距精度與衛(wèi)星之間的距離、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度之間的解析表達(dá)式，并加以仿真分析。
　　 4、針對(duì)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(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型和衛(wèi)星間距離量測(cè)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(jí)數(shù)展開，用中心差分代替雅克比矩陣求解，對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行線性化處理，觀測(cè)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(duì)衛(wèi)星狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行逐歷元估計(jì)，與基于Taylor級(jí)數(shù)展開的EKF濾波器相比，實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單，估計(jì)精度有所提高。最后用自主開發(fā)的基于星間測(cè)距自主定軌