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基于天基光学测量的空间目标轨道确定及其精度分析

作　者: 吴小华
导　师: 荆武兴
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 天基光学测量非线性相对动力学模型可观测条件轨道确定
分类号: V556
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

天基观测相对于地基观测具有更好的覆盖性和实时性,光学测量由于设备质量轻、体积和功耗小且测量精度高,在天基测量中具有很广的应用前景。本文基于天基光学测量,系统分析空间目标轨道确定的问题。首先,为了直接描述空间目标相对于天基光学平台的运动,基于拉格朗日方程,建立考虑地球J2摄动影响的非线性相对动力学模型,用于空间目标的轨道微分改进和轨道预报。与考虑同样摄动因素的绝对动力学模型进行对比,验证了所建立的相对动力学模型的正确性;同时,还通过数值仿真给出了所建立的非线性相对动力学模型相比于参考模型的误差。为更真实地模拟天基光学测量数据,详细分析了影响天基光学观测的几何条件和光学条件:地球遮挡条件、地光条件地球阴影条件、日光条件、月光条件以及非直射条件,给出了满足各个条件的具体方程并进行了可观测弧段对比仿真,结果显示对于不同轨道高度的空间目标,各个天基光学可观测条件的影响程度不同。由于本文所采用的是单纯的光学测量角度信息,在初定轨方法上选择了适用于一种测量信息且形式较为简洁的Laplace方法,并在改进的Laplace方法基础上,考虑了摄动的影响,推导给出了考虑摄动影响下的天基光学测量初定轨条件方程;对于初值的选取,考虑J2项摄动的影响,并在牛顿迭代基础上进行Aitken迭代加速,提高初值求取的精度和收敛速度。同时,针对天基观测弧段破碎的特点,通过仿真对短弧段初轨确定的进行了误差分析。为了实现空间目标编目,在初定轨的基础上基于最小二乘(LS)原理对多个弧段的测量信息进行批处理,利用牛顿迭代法实现空间目标的轨道改进。针对新发现的空间目标和已编目的空间目标两种情况,利用非线性相对动力学模型实现定轨和轨道预报,仿真结果显示,非线性相对动力学模型可以用于引导天基光学敏感器完成空间监视任务,本文提出的利用非线性相对动力学模型实现空间目标轨道确定的方法是可行的。最后,通过仿真分析了天基光学平台轨道高度、空间目标轨道高度、观测弧长和采样周期对轨道确定精度的影响。

基于天基光学测量的空间目标轨道确定及其精度分析

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