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题目:基于星间观测的星座自主导航技术研究

关键词:卫星星座,自主导航,星间观测,分散化滤波,误差补偿

  摘要



航天任务的大型化、复杂化和自主化需求,对星座自主导航技术提出了更高的精度和可靠性要求。本文在对基于姿态敏感器单星自主导航研究的基础上,以三星时差星座为研究对象,对基于星间观测的星座自主导航技术进行了深入的理论研究和仿真分析。本文主要研究内容如下:

首先,研究了基于姿态敏感器的单星自主导航方法。建立了卫星轨道动力学模型和测量模型;对不同观测组合下的单星自主导航进行仿真对比分析得到,增加地心距测量能改善系统可观测性并提高导航精度。

其次,研究了基于星间观测的星座自主导航方法。在建立星间观测模型及集中式和分布式自主导航系统模型基础上,实现了多种自主导航算法。仿真对比分析显示增加星间观测能够提高卫星自主导航精度,而基于“星间距+星间方向角”观测的导航精度最高,与可观测性及CRLB分析结果一致。

再者,在分析测量误差对导航精度的影响的基础上,研究偏差在线估计与补偿方法。建立了含姿态敏感器安装误差和星上时钟偏差的测量模型;分析了星载敏感器测量偏差、安装误差及星上时钟偏差等主要误差源对导航精度的影响;研究了星载敏感器(相对)安装误差和星上时钟偏差的估计与补偿方法,仿真验证了该方法有效可行。

最后,研究了利用GPS/BDS辅助星座自主导航的方法。在考虑发射信号辐射角、接收仰角和接收信号强度的约束条件下,建立了GPS/BDS可见性模型并仿真分析了GPS/BDS空间及轨道覆盖特性;研究了利用GPS/BDS辅助星座自主导航的方法,通过仿真验证了方法的有效性。