融合激光微波星间观测的导航星座自主定轨方法研究

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1、学校代号10532学号S150900723分类号TN927密级公开硕士学位论文融合激光微波星间观测的导航星座自主定轨方法研究学位申请人姓名李灏霖培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称王玲教授学科专业电子科学与技术研究方向现代网络与通信技术论文提交日期2018年4月10日学校代号：10532学号：S150900723密级：公开湖南大学硕士学位论文融合激光微波星间观测的导航星座自主定轨方法研究学位申请人姓名：李灏霖导师姓名及职称：王玲教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：电子科学与技术论文提交日期：2018年4月10日论

2、文答辩日期：2018年5月14日答辩委员会主席：黎福海ResearchonAutonomousOrbitDeterminationofNavigationConstellationBasedonLaser/MicrowaveFusingInter-satelliteObservationsbyLIHaolinB.E(NanjingAgriculturalUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMas

3、terofEngineeringinElectronicsScienceandTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorWANGLingApril,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后

4、果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在_____年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日融合激光微波星间观测的导航星座自主定轨方法研究摘要随着星

5、间链路技术的发展，高精度、高通信速率的激光星间测通系统将成为微波系统的理想替代者，由于发展的必然性和发展过程中存在的阶梯性，微波和激光链路共存的情况不可避免。本文对微波星间链路和融合激光微波星间链路以及基于两种链路模式下导航星座自主定轨的方法进行研究和分析。主要内容如下：（1）星间链路的研究和设计。首先研究了在微波和激光两种测量方式的测距原理及主要误差来源，讨论星间可见性。其次，根据微波和激光两种测量手段各自的优劣势，本文提出一种同轨静态链路采用定向的激光建链，异轨动态链路用微波建链的星间建链方式，以此获得融合激光微波星间

6、观测模型。然后仿真分析了Walker24/6/1星座和Walker24/3/2星座基于微波星间组网和融合激光微波组网的拓扑结构和定轨精度因子PDOP值。结果表明，融合激光微波星间链路在星座结构和整体观测误差精度方面都优于微波星间链路。（2）研究了卫星定轨的基本流程。将定轨流程分为两部分，第一部分：根据卫星动力学模型构建微分方程，求解方程获得卫星概略状态；第二部分：根据不同观测信息构建定轨观测方程，通过最小二乘法和卡尔曼滤波法修正概略状态。（3）研究导航星座序贯集中式和序贯分布式自主定轨方法。本文分别仿真分析了两种构型的Wa

7、lker星座基于微波观测和融合激光微波观测两种星间观测模式下的集中式和分布式自主定轨算法，结果表明，Walker24/6/1星座在融合激光微波星间观测下的集中式和分布式定轨结果比相同条件下采用微波观测的定轨结果误差均值降低了36.6%和10.7%，而Walker24/3/2集中式和分布式的结果误差均值分别降低了30.6%和7.9%，且融合激光微波的星间观测对卡尔曼滤波器特别是初始协方差矩阵偏差较大的滤波器的鲁棒性有所改善。（4）提出一种卫星动力学短弧段定轨和伪逆平差理论相结合的自主定轨算法。该算法利用轨道动力学建立不同历元

8、之间状态转移关系，解决单历元最小二乘无法对速度分量进行有效估计的问题，同时，利用伪逆平差解决整网状态解算时起算数据不足带来的秩亏问题。本文给出了算法的详细解算步骤和流程图，通过误差分析选择合适的弧段长度，并在该弧段长度下对两种构型的星座基于不同星间观测进行算法仿真并分析误差。结果表明，在融合激光微波观测