基于高轨卫星的对非合作低轨卫星的无源定轨方法的仿真与分析
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摘要
针对基于高轨卫星的对非合作低轨卫星的无源定轨问题,论文分析并实现了两种定轨方法,即仅使用角度信息的方法和基于角度和频率信息的方法,并实现了针对此问题的定轨仿真环境。在此基础上,论文分析了测角精度、初始状态误差和测频精度对两种方法性能的影响,并进而对两种方法的性能进行了对比分析。
经过计算机仿真实验表明,在保证一定的测量精度的情况下,仅使用角度信息的方法和基于角度和频率信息的方法都是可行的。在两种方法中,都应当尽量提高测角精度,并把初始状态误差控制在一定范围内,以提升算法性能。而对于基于角度和频率信息的方法应尽量提高测频精度,以提升算法性能。在相同的观测精度条件下,基于角度和频率信息的方法性能优于仅使用角度信息的方法。
To the HEO-to-LEO passive locating problem, this paper analyses and realizes two passive locating methods: the method using bearing-only measurement and the method using bearing and frequency measurements. And then it realizes the passive locating software to the problem. After this work, the paper analyses some factors, such as the precision of bearings measurement and the precision of frequency measurement, which can influence the performance of the two methods. And then it compares the performance of the two methods.
Computer simulation indicated that it is possible to track LEO by HEO using the two methods when the precision of measurement can be guaranteed. In the two situations, the precision of bearings measurement and the precision of frequency measurement should be guaranteed to improve the performance of the two methods. In the same precision of measurement, the performance of the method using bearing and frequency measurements is better than the method using bearing-only measurement.
经过计算机仿真实验表明,在保证一定的测量精度的情况下,仅使用角度信息的方法和基于角度和频率信息的方法都是可行的。在两种方法中,都应当尽量提高测角精度,并把初始状态误差控制在一定范围内,以提升算法性能。而对于基于角度和频率信息的方法应尽量提高测频精度,以提升算法性能。在相同的观测精度条件下,基于角度和频率信息的方法性能优于仅使用角度信息的方法。
To the HEO-to-LEO passive locating problem, this paper analyses and realizes two passive locating methods: the method using bearing-only measurement and the method using bearing and frequency measurements. And then it realizes the passive locating software to the problem. After this work, the paper analyses some factors, such as the precision of bearings measurement and the precision of frequency measurement, which can influence the performance of the two methods. And then it compares the performance of the two methods.
Computer simulation indicated that it is possible to track LEO by HEO using the two methods when the precision of measurement can be guaranteed. In the two situations, the precision of bearings measurement and the precision of frequency measurement should be guaranteed to improve the performance of the two methods. In the same precision of measurement, the performance of the method using bearing and frequency measurements is better than the method using bearing-only measurement.
引文
[1]候印鸣等。《综合电子战——现代战争的杀手锏》[M]。国防工业出版社,2000。
[2]刘林,王海红,胡松杰。《卫星定轨综述》[J]。飞行器测控学报,2005,24(2):28-34。
[3]张履谦。《中、低轨道卫星精密定轨的最新水平》[J]。遥测遥控,1994,15(5):1-3。
[4]郗晓宁,王威等。《近地航天器轨道基础》[M]。国防科技大学出版社,2003。
[5]刘林。《人造地球卫星轨道力学》[M]。高等教育出版社,1992。
[6]张明友,吕明。《信号检测与估计》(第二版)[M]。电子工业出版社,2005。
[7]Rudolph van der Merwe,Eric A.Wan.THE SQUARE-ROOT UNSCENTED KALMAN FILTER FOR STATE AND PARAMETER-ESTIMATION[J].IEEE.
[8]贾沛璋。《卡尔曼滤波定轨算法的研究进展》[J]。飞行器测控学报,2001,20(3):45-49。
[9]陆如华,徐传玉,张玲等。《卡尔曼滤波的初值计算方法及其应用》[J]。应用气象学报,1997,8(1):34-42。
[10]许国辉,刘跃。《卡尔曼滤波的精度评定》[J]。广州大学学报(自然科学版),2002,1(5):57-59。
[11]邱恺,黄国荣,陈天如等。《卡尔曼滤波过程的稳定性研究》[J]。系统工程与电子技术,2005,27(1):33-35。
[12]张友民,戴冠中,张洪才。《卡尔曼滤波计算方法研究进展》[J]。控制理论与应用,1995,12(5):529-538。
[13]Kalman,R.E..A New Approach to Linear Filtering and Prediction Theory.ASME,J.Bas.Eng.82D(1960),34-35.
[14]杨旭东,何平,胡恒章。《卡尔曼滤波器性能分析》[J]。黑龙江自动化技术与应用,1999,18(4):17-19。
[15]潘泉,杨峰,叶亮等。《一类非线性滤波器——UKF综述》[J]。控制与决策,2005,20(5):481-489。
[16]傅建国,王孝通,金良安等。《Sigma点卡尔曼滤波及其应用》[J]。系统工程与电子技术,2005,27(1):141-144。
[17]Greg W,Bishop G.An introduction to the Kalman filter.R.Teclnic Riport TR 95-041,Department of Computer Science,University of North Carolina at Chapel Hill,Updated,2003,1-26.
[18]蔡志武,赵志明。《UKF滤波器性能分析及其在轨道计算中的仿真实验》[J]。武汉大学学报(信息科学版),2006,31(2),180-183。
[19]吴玲,卢发兴,刘忠。《UKF算法及其在目标被动跟踪中的应用》[J]。系统工程与电子技术,2005,27(1):49-51。
[20]刘艳芳,洪炳熔。单站观测卫星初轨计算中的初值方法[J]。中国空间科学技术,1999(12):58-65。
[21]郭福成,樊昀。《空间信息对抗中的单星对卫星无源定位跟踪方法》[J]。宇航学报,2005,26(2):196-200。
[22]李强,郭福成,周一宇。《单星对卫星仅测角被动定轨的可观测性研究》[J]。
[23]李强,郭福成,周一宇。《单星对卫星的仅测角被动定轨跟踪方法研究》[J]。国防科技大学学报,2007,29(2):70-75。
[24]李强,郭福成,周一宇。《基于角度和频率信息的卫星被动定轨方法》[J]。系统工程与电子技术,2007,29(3):353-356。
[25]Duane Hanseiman,Bruce Littlefield。李人厚,张平安等译校。《精通Matlab——综合辅导与指南》[M]。西安交通大学出版社,1998。
[26]苏金朋,刘宏,刘波。《MATLAB高级编程》[M]。电子工业出版社,2005。
[27]刘维。《精通Matlab与C/C++混合程序设计》[M]。北京航空航天大学出版社,2005。
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