题目：卫星星间测距与自主定轨的研究与仿真

目前，导航卫星主要是依靠地面测控站进行卫星进行定轨与跟踪。但是地面站在战争期间容易遭到电子干扰和远程武器的精确打击陷入瘫痪。因此发展航天器系统的自主性成为世界各国追求的目标。而自主导航则成为应用卫星设计中的一个重要课题，受到国内外的日益关注。扩频通信由于其具有良好的抗干扰性和多址能力等，被广泛应用在卫星通信领域。本文研究了一种利用扩频测距实现卫星之间的距离测量，利用卫星距离信息作为观测方程的扩展卡尔曼滤波算法实现卫星自主定轨的方法。首先，本文在对星间通信/测距方法进行研究的基础上，采用一种双向异步传输非相干扩频测距方法实现星间距离的测量。在不额外配置专用距离测量设备的前提下，两颗卫星相互独立地向对方发送结构相同的传输帧，并利用本地测量伪距和接收到对方经传输帧发来的伪距通过计算获得星间距离和卫星的钟差，从而实现单载波统一信道内卫星间数据交互与距离测量的综合实现。其次，在卫星自主导航方面，通过对当前各种卫星导航的研究，总结出一种基于星间测距的卫星自主导航方法。针对GPS星座，建立了星载GPS自主定轨系统的数学模型，并将扩展卡尔曼滤波算法应用到卫星自主定轨方面。从而实现利用卫星之间的距离信息估计下一时刻卫星的轨道和速度，达到自主定轨的目的。最后，利用美国AGI公司的STK卫星软件开发工具了创建了GPS星座的场景，并设计了基于星间测距的卫星自主导航仿真系统，验证了本文所设计的基于星间测距的自主定轨方法的可行性。同时通过改变参考卫星的选择，动力学模型，滤波参数和测距精度，对自主定轨的精度进行了分析，并对仿真平台的性能进行了验证。