空间飞行器轨道交会中的状态估计

摘要

本文以空间飞行器的自主交会对接为背景，在交会对接的最终逼近阶段采用雷达作为相对测量设备来实现两个空间飞行器间相对运动状态的实时估计。 本文首先阐述了卡尔曼滤波的基本理论，用直观法推导了随机线性离散系统的卡尔曼滤波基本方程，并对非线性卡尔曼滤波的发展进行了研究。在此基础上，讨论了设计卡尔曼滤波器时应注意的问题及滤波性能的评判方法，并着重分析了滤波估计参数的选取对滤波性能的影响，为基于卡尔曼滤波方法对空间飞行器进行状态估计提供了一定的理论指导。 本文针对空间飞行器基于卡尔曼滤波进行了状态估计。 最后本文通过模拟物理系统，对基于卡尔曼滤波的空间飞行器轨道交会中的状态估计进行了仿真分析，从而该方法的有效性。同时通过仿真分析了滤波初始估计参数和采样间隔对状态估计的影响。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景及研究现状

1.2课题的目的及意义

1.3课题研究内容

第2章卡尔曼滤波方法

2.1滤波理论的发展

2.2卡尔曼滤波的基本思想

2.2.1卡尔曼滤波的数学基础-最小方差估计

2.2.2线性的卡尔曼滤波理论

2.2.3国内外对非线性滤波的研究

2.3应用卡尔曼滤波时应注意的问题

2.3.1数学模型的建立

2.3.2验前统计量

2.3.3计算问题

2.4卡尔曼滤波性能与滤波参数选取的关系

2.4.1卡尔曼滤波性能的评判方法

2.4.2卡尔曼滤波性能分析

2.5本章小结

第3章基于卡尔曼滤波的状态估计

3.1坐标系统及坐标变换

3.1.1坐标系的定义

3.1.2坐标系间的坐标变换

3.2轨道坐标系中相对运动方程式-状态方程

3.2.1相对运动方程的推导

3.2.2相对运动方程误差分析

3.2.3相对运动方程解析解

3.2.4相对运动方程的离散化状态方程形式

3.3基于星载雷达的测量模型

3.4推广的卡尔曼滤波状态估计

3.4.1推广卡尔曼滤波的思想及推导过程

3.4.2推广卡尔曼滤波状态估计的具体设计

3.5本章小结

第4章仿真分析

4.1空间飞行器状态估计仿真

4.2初参数的影响

4.3采样间隔的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢