范国清[1]2004年在《GPS和类GPS测量用于编队星座状态确定》文中进行了进一步梳理GPS是解决编队星座状态确定问题的最有前途的方法。但受编队星座可观测到的GPS卫星数目的限制,不足以进行高轨或深空探测的编队星座的状态确定,而且只利用GPS信息难以快速、准确的将GPS星间载波相位单差模糊度解算出来。因此本文在GPS测量的基础上,引入了星间相对测距技术——类GPS技术,并针对编队星座状态确定问题,分别对两种测量体制及其联合运用进行了讨论,进一步建立了联合GPS测量和类GPS测量进行编队星座状态整体确定的模型,最后给出了数学仿真结果。 针对低轨编队星座类GPS测量不能长期保持的问题,研究了一种类GPS天线的安装方式,讨论了在这种安装方式下的类GPS天线姿态,并进行了可进行类GPS测量的时间段的分析。 根据载波差分基线的不同,分别讨论了GPS星内和星间载波差分整周模糊初始化问题:基于运动的方法完成了星内差分模糊度初始化;利用类GPS测量提供的高精度星间测距信息对星间基线形成的约束,采用Bayes最小二乘快速完成了星间差分模糊度的初始化。数学仿真表明:在一定范围内进行卫星姿态机动,300s内成功解算GPS星内差分模糊度的概率为95%;无需进行卫星姿态机动,200s内成功解算GPS星间差分模糊度的概率为90%。模糊度初始化完成后,星间相对位置解算精度优于10~(-2)m、卫星姿态解算精度优于10~(-5)rad。
胡利民[2]2005年在《联合GPS和类GPS测距技术实现双星编队星座的状态确定》文中指出双星编队星座在当前研究中占据着重要地位,其功能的成功实现依赖于编队卫星状态的高精度确定,这一状态包括:编队卫星的绝对和相对的姿态、位置及钟差。GPS技术是编队星座状态确定的主要手段,它具有伪距测量和载波相位测量两种状态确定方式:前者使用精度为10m的GPS伪距观测值,主要用于定位,简便易行,但定位精度低;后者使用精度为10~(-3)m的GPS载波相位观测值,可定位也可定姿,观测精度高,但计算复杂,尤其是要快速地初始化GPS星间单差模糊度困难很大。另外,在某些对状态要求较严格的应用场合,单纯靠GPS测量达不到足够高的精度。10~(-3)为了提高状态确定的精度,引入类GPS测距技术,通过星载接收机发射和接收类似GPS的伪距和载波相位信号,其伪码码元和载波相位波长比GPS的更短,因而其对应的观测值的精度比GPS的更高,但该技术不能确定绝对状态,并存在类GPS整周模糊度问题。本论文的研究重点是联合GPS和类GPS测距技术,精确确定双星编队星座的绝对姿态、相对位置及钟差。首先介绍了使用的坐标系统和测距天线系统;接着分别讲述了GPS和类GPS测距技术的定义组成、测量原理、相应的观测方程及其线性化形式;然后联合GPS和类GPS测距技术,分别建立了联合GPS星间载波相位单差和类GPS伪距两类观测值,联合GPS星间载波相位单差、类GPS伪距和类GPS星内载波相位单差叁类观测值进行状态整体确定的两种数学模型,并讨论了GPS星间单差模糊度和类GPS星内单差模糊度的同时初始化和分开初始化两种解算方案;最后对上述模型分别进行了数学仿真和分析比较。结果表明,两类模糊度同时初始化时解算更为精确可靠,利用叁类观测值联合解算出的结果精度也有明显提高,其中姿态角的精度为10~(-4) rad,相对位置的精度为10~(-3)m,相对钟差的解算精度为10~(-12)s,仿真证明模型正确有效。
王威, 胡利民[3]2006年在《GPS和类GPS测距技术联合用于双星编队星座的状态确定》文中进行了进一步梳理编队卫星状态的高精度确定是编队星座功能实现的重要基础。针对对地观测的双星编队星座的状态确定问题,为了提高状态确定的精度,在GPS技术的基础上,引入了类GPS测距技术,建立了联合GPS和类GPS测距技术进行状态整体确定的两种数学模型,并讨论了GPS星间单差模糊度和类GPS星内单差模糊度的同时初始化方法,最后进行了数值仿真。仿真结果显示,类GPS观测值尤其是类GPS星内载波单差观测值的引入,明显提高了双星编队星座的状态确定精度,其中绝对姿态角的精度达到rad,相对位置的精度达到m,相对钟差的精度达到s。仿真证明方法正确有效,模型二更优于模型一。
范国清, 王威, 郗晓宁[4]2005年在《联合CDGPS技术和星间相对测量进行编队星座状态确定》文中研究指明以空间圆3星编队星座为对象,建立了联合GPS载波相位差分(Carrier phase Differential GPS,CDGPS)和星间相对测量进行编队星座状态确定的数学模型;利用高精度的星间相对测量信息给星间公里级基线提供厘米级约束,极大地缩小了星间单差模糊度的搜索空间,进而在卫星无需机动的情况下采用Bayes最小二乘法快速解算出星间GPS载波相位单差整周模糊度;最后数学仿真证明了方法的有效性,结果表明卫星间相对位置确定精度达10-2m,卫星姿态确定精度达10-3rad.
范国清, 王威, 郗晓宁[5]2006年在《GPS和类GPS载波用于编队星座状态测量》文中提出为了确定编队星座的星间相对位置和卫星姿态,在原有联合GPS差分和类GPS伪距进行状态确定的研究基础上,进一步加入了类GPS载波差分信息。利用高精度的类GPS伪距给卫星间公里级的基线提供厘米级的约束,并采用Bayes最小二乘法快速解算出GPS星间载波单差整周模糊度；先由GPS伪距单点定位、GPS星内差分定姿获得卫星间相对位置、卫星姿态的先验信息,再采用Bayes最小二乘进行编队星座状态整体确定。数学仿真结果表明卫星间相对位置确定精度优于10~(-2) m,加入类GPS载波差分后能极大提高卫星姿态确定精度,使其优于10~(-5)rad。
王威[6]2004年在《GPS用于对地观测编队卫星状态的高精度确定》文中指出N颗(N≥2)卫星编队飞行与通常的星座相比有很多新特点，如星间距较小、星间相对运动有规律等。根据其特性，通过卫星的彼此协同工作，构成一个大“虚拟卫星”。编队卫星可以在很多新的科学任务中应用，例如构成合成孔径实现对地高精度干涉测量。 编队卫星的控制和应用需要确定编队卫星的状态。编队卫星的运动状态包括卫星绝对的和相对的位置、姿态以及钟差。某些应用对编队卫星相对状态的精度要求较高，例如，对地观测的星载分布式雷达飞行任务，要求相对距离精度达到厘米级、相对姿态角精度达到角分级。 GPS是当今确定编队卫星运动状态的一种高精度的有效手段，可同时用于确定绝对的和相对的状态。然而，为了进一步提高相对状态确定的精度，并且快速实现GPS星间载波相位差分的整周模糊度的确定，需增加另外的测量手段，方法之一是采用一种类似GPS的载波相位和伪码交联测距技术。 本论文包括六章及附录。第一章为绪论，首先介绍了卫星编队飞行，特别是利用GPS进行编队卫星状态测量的情况。第二章给出了编队卫星的相对运动方程和对地观测常用的编队卫星轨道设计。第叁、四、五章是本论文的重点，针对叁星编队飞行对地观测应用分别介绍了利用GPS、星间交联测距以及联合这两种测量手段整体确定编队卫星状态的数学模型和数值仿真分析。其中研究了载波相位整周模糊度的初始化、动态多历元的载波相位差分、差分测量数据的相关性等问题；分析了位置参数、姿态参数和钟差的耦合影响，以及编队卫星运动状态变化(特别是姿态变化)对星间交联测距可用性的影响等问题；引入了测量数据整体解算的方法。针对相距公里级的编队卫星，相对状态估计精度为：相对位置达厘米级，相对姿态角达角分级，相对钟差达十纳秒级。第六章是总结及展望。
胡利民, 王威, 郗晓宁[7]2006年在《GPS和类GPS测距技术在双星编队星座状态确定中的联合应用》文中提出为提高状态确定的精度,借鉴AFF技术引入一种辅助手段——类似GPS的伪距和载波相位测距技术(简称类GPS测距技术)．它的伪码码元和载波相位波长比GPS的更短,因而可获得更高精度的相对测量信息．针对对地观测的双星编队星座的状态确定任务,建立了联合GPS和类GPS测距技术进行编队星座状态整体确定的数学模型,并快速同时解算出GPS星间单差模糊度和类GPS星内单差模糊度,最后进行了数学仿真．仿真结果表明,编队状态的精度有明显提高,其中相对位置精度为10~(-3)m,姿态角精度为10~(-4)rad．仿真证明该方法有效．
刘洋[8]2007年在《编队卫星的星间基线确定方法研究》文中研究指明卫星编队飞行是目前国内外航天领域研究的热点问题之一。它利用编队卫星上装载的各种传感器,通过星间和传感器间的协同工作,可以实现单颗大卫星无法完成的多种高精度测量任务,从而使传统卫星系统的总体性能和应用领域得到了极大地拓展。卫星编队飞行需要解决的关键技术之一是星间基线的高精度确定。高精度的星间基线信息不仅是分布式合成孔径雷达(SAR)实现地面高程测量及地面运动目标指示(GMTI)的关键所在,而且对于编队卫星的控制也起着至关重要的作用。本文以双星编队为背景,开展星间基线确定方法的研究,主要工作包括叁部分:研究基于自主式测量手段的高精度星间基线确定方法。通过对常用相对状态测量手段的特性分析并结合编队需求,提出了星间基线确定的组合测量方法。该方法不仅能提高编队的自主性,而且从理论上也能有效实现基线确定的高精度。考虑到基线测量量与编队所需基线矢量之间往往存在差异,论文以分布式SAR干涉测高为例,给出了测量基线与测高基线之间的转换关系,建立了相应的误差传播模型,并以仿真的形式分析了影响测高基线确定精度的各种因素。研究基于全球定位系统(GPS)测量的事后星间相对定位方法。基于相对位置参数的连续特性及函数逼近理论,建立了GPS相对定位的样条模型,并针对传统随机模型与实际GPS差分观测数据统计特性不符的情况,提出了基于样条迭代随机建模的相对定位方法,且分别针对单、双频GPS给出了具体算法流程及实施步骤。另外,为进一步提高相对定位精度并增强系统的鲁棒性,论文提出了基于增强型GPS的相对定位新思路,建立了相应的样条融合观测模型,给出了具体的参数估计算法。研究基于增强型GPS的实时星间相对定位方法。针对有、无卫星轨道动力学模型的情况,提出了动态序贯点估计方法、基于叁差相对位置时间传播的自适应不敏卡尔曼滤波(UKF)相对定位方法以及基于高精度动力学模型的自适应UKF相对定位方法等叁种方法,其中,第一种方法由于在参数估计的过程中只利用了当前历元的观测信息,因此相对定位精度只能达到分米级;第二种方法根据GPS叁差观测方程,巧妙地利用最小二乘法得到相对位置的时间传播关系,并进而采用自适应UKF实时估计星间相对位置。实验仿真表明,当星间距离较小时,该方法能有效提高相对定位精度。与前面两种方法相比,第叁种方法在对当前历元的未知参数进行估计的过程中,不仅利用了利用了当前历元以前所有的观测信息,而且还将系统的状态信息(即卫星轨道动力学模型)融入其中,因此使相对定位精度进一步得到改善。
崔小松[9]2011年在《小卫星编队飞行的星间相对位姿测量研究》文中进行了进一步梳理对空间中的卫星，它们的精确位置和姿态是很重要的参数。但对编队卫星来说，不仅要知道它们的绝对位置和绝对姿态，卫星之间的相对位置和姿态同样重要，这样编队卫星才能协同式工作以完成特定的任务。本论文主要研究对编队卫星相对信息的测量。传统的卫星位置和姿态测量技术中，惯性敏感器与星敏感器的组合可以获得很高的姿态测量精度。在距离较短的卫星之间相对位置和姿态测量中，计算机视觉技术得到广泛的应用。由于GPS技术能够获得很高的定位精度，所以其广泛应用于各种位置和姿态测量。已有相关的研究来利用GPS对编队卫星相对位置和姿态的测量。基于GPS测量原理，使用类GPS技术来测量编队卫星的相对信息。设计类GPS技术测量模型，来测量编队卫星相对位置和姿态。将相应的观察量线性化，通过最小二乘法解算编队卫星当前时刻从星相对于主星的相对位置和姿态，并对测量精度做出相应的估计。为了得到高精度的相对位置和姿态，通过Hill方程和姿态运动学方程建立相应的状态方程。同时利用类GPS技术来获得与编队卫星的相对位置和相对姿态有关的观测量，建立相应的观测方程，利用扩展卡尔曼滤波技术来对卫星位置和姿态的精确估计，最后通过仿真表明基于类GPS技术对编队卫星相对位置和姿态测量能够得到很高的精度。
张晓磊[10]2015年在《基于构型信息的小卫星编队自主导航技术研究》文中指出小卫星编队具有许多综合性大卫星所不具备的优点,是近年来的研究热点。编队卫星的自主导航是编队飞行的关键技术之一,因此,本文针对小卫星编队的自主导航问题进行了研究。本文提出的自主导航方案都是以编队构型信息为基础的。编队构型信息是指:编队卫星的星间距离信息、星间相对角度信息。可以直接采用这些信息对编卫星相对轨道进行确定,也可以对编队卫星的绝对轨道进行修正。首先,本文提出了基于一种类似导航星座的相对轨道确定方案。主星对其中的两颗从星基于测距和测角的方式确定出从星的相对位置,然后主星和这两颗从星组成基准星座,再对其它从星进行星间测距,来确定其余从星的相对轨道。在此基础上还研究了被确定从星到基准星所在平面的距离对相对轨道确定精度的影响,并进行了数值仿真。其次,本文研究了卫星存在姿态误差情况下基于星间测距、测角方案的相对轨道确定问题。采用星敏感器对卫星进行姿态测量,建立了卫星存在姿态误差时的测量模型,将姿态误差和相对轨道状态共同作为状态量,采用卡尔曼滤波算法进行估计。验证了卫星编队基于星间测距、测角方案的相对轨道估计精度不仅和测量系统的测量精度有关,还与卫星的姿态误差有关。然后,本文研究了采用星间测距对卫星编队相对轨道进行修正的方案。由于小卫星编队是基于微小卫星空间互联技术,要实现小型化、低成本,这使得星载GPS接收机在性能上有所下降,定位精度较低。针对这种情况,本文提出一种利用单纯星间测距信息对卫星编队相对轨道进行修正的方法。引入星间测距信息,分别采用扩展卡尔曼滤波算法和无迹卡尔曼滤波算法进行了仿真验证,证实了该方案的有效性。同时还研究了测量方程中不含有初始相对速度时对相对轨道的修正情况。最后,本文提出了采用星间测距、测角信息对编队卫星绝对轨道修正的方案。由于编队卫星相对轨道的确定,不仅可以采用直接测量的确定方案,也可以以卫星的绝对轨道信息为基础,通过作差处理来获得编队卫星的相对轨道状态。因此,卫星的绝对轨道精度将直接影响相对轨道的确定精度。所以,本文提出了在卫星绝对轨道精度较差的情况下,采用星间测距、测角信息来对绝对轨道进行修正的方案。分别研究了采用一次测距信息修正,两次测距信息修正,一次测距、测角信息组合修正,两次测距、测角信息组合修正这四种情况。通过仿真验证,证实了通过星间测距信息可以达到对卫星的绝对轨道修正的目的,多次修正可以提高修正精度,并且加入测角信息后,测距和测角信息的组合使用,可以达到更好的修正效果。
参考文献：
[1]. GPS和类GPS测量用于编队星座状态确定[D]. 范国清. 国防科学技术大学. 2004
[2]. 联合GPS和类GPS测距技术实现双星编队星座的状态确定[D]. 胡利民. 国防科学技术大学. 2005
[3]. GPS和类GPS测距技术联合用于双星编队星座的状态确定[J]. 王威, 胡利民. 国防科技大学学报. 2006
[4]. 联合CDGPS技术和星间相对测量进行编队星座状态确定[J]. 范国清, 王威, 郗晓宁. 空间科学学报. 2005
[5]. GPS和类GPS载波用于编队星座状态测量[J]. 范国清, 王威, 郗晓宁. 计算机仿真. 2006
[6]. GPS用于对地观测编队卫星状态的高精度确定[D]. 王威. 解放军信息工程大学. 2004
[7]. GPS和类GPS测距技术在双星编队星座状态确定中的联合应用[J]. 胡利民, 王威, 郗晓宁. 空间科学学报. 2006
[8]. 编队卫星的星间基线确定方法研究[D]. 刘洋. 国防科学技术大学. 2007
[9]. 小卫星编队飞行的星间相对位姿测量研究[D]. 崔小松. 南京航空航天大学. 2011
[10]. 基于构型信息的小卫星编队自主导航技术研究[D]. 张晓磊. 中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心). 2015
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