地球同步轨道卫星自主导航问题研究

摘要

本文主要解决地球同步轨道卫星自主导航有关问题。这可使得卫星能够不依靠于地面设备而获得导航信息，具有重要的战略意义。主要依靠日地月信息来设计导航算法，并在DSP中验证了导航算法的工程可实现性。
　　首先对卫星自主导航技术和DSP技术的目前发展状况进行了调研。考虑多种摄动的情况下建立了精确的卫星轨道计算动力学模型。
　　在GTO段，为保证日月实时可见，对敏感器安装和GTO转移窗口进行了设计。由敏感器的输出，并综合考虑月亏和地球扁率，确定了卫星到日地月的方向矢量。以轨道动力学模型为状态方程，以星日与星地方向矢量夹角余弦和星月与星地方向矢量夹角余弦为观测量建立量测方程，从而建立了日地月导航卡尔曼滤波器。自主导航初始参数需依靠卫星独立确定，考虑月球距离有限性，提出了初始轨道参数的确定方法。
　　GEO入轨段采用惯性导航，在进入GEO段之前需进行惯导的在线修正，以确保惯性导航有足够的精度。在地心惯性系下建立了捷联惯导系统解算模型，并推导了误差传播方程。依据误差传播方程建立状态方程，以惯导解算的速度与姿态和GTO段导航输出的速度与姿态的偏差为观测量，从而建立了在线修正卡尔曼滤波器。GEO入轨机动初始位置和速度由GTO段导航确定，姿态由在线修正确定，惯导解算时需先对惯性器件常值漂移进行修正。GEO段仍采用日地月方位信息进行导航，此段时间非常长，卫星将处于不同的日月关照条件下，分别为日月可见、日月不可见、仅太阳不可见和仅月球不可见，为保证导航的实时精确性，借助姿态确定系统的一个星敏感器，针对不同的情况分别建立滤波器量测方程。
　　最后，对所设计的全程导航算法进行了数值仿真分析，仿真结果表明导航算法能够达到精度要求。为确保所设计的导航算法具有工程可实现性，本文进行了导航算法的DSP实现。所用仿真器为SEED-XDS510PLUS，芯片为SEED-DEC138。介绍了DSP仿真的流程，最后仿真结果表明导航算法有足够的精确性和实时性。

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第1章 绪论

1.1课题的来源及研究目的和意义

1.2卫星自主导航技术研究现状

1.3 DSP技术发展现状

1.4论文主要内容

第2章 卫星轨道动力学建模

2.1引言

2.2常用坐标系及转换关系

2.3时间系统

2.4轨道动力学模型

2.5本章小结

第3章 GTO轨道上卫星自主导航

3.1引言

3.2敏感器安装

3.3 GTO转移窗口选择

3.4星间方向矢量确定

3.5 GTO段导航状态方程和量测方程建立

3.6初始轨道参数确定

3.7本章小结

第4章 GEO入轨及GEO轨道自主导航

4.1引言

4.2捷联惯导系统解算模型

4.3捷联惯导误差传播方程建立

4.4捷联惯导系统在线修正建模

4.5 GEO入轨段惯性导航

4.6 GEO段自主导航

4.7本章小结

第5章 导航仿真分析及算法的DSP实现

5.1引言

5.2导航算法数值仿真分析

5.3 DSP相关介绍

5.4 DSP仿真与分析

5.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢