基于星间测量的星座自主导航研究与半物理仿真系统实现

摘要

基于星间相对测量的卫星自主定位技术不仅能够实现战时星座的自主生存，还能提高卫星星历的预测精度和用户的定位精度，甚至提高整个星座导航系统的性能，充分利用星间运动的相对运动规律，采用星间相对测量进行相对自主导航研究逐渐成为研究的热点。本文主要对基于星间相对测距、测速链路信息的星座自主导航技术展开研究，以实现星座卫星的自主精确定位。在此基础上，结合算法的具体实现，建立了一套完善的星座自主导航算法性能分析和可视化仿真演示系统，直观有效地分析和演示其中的关键原理和算法，为算法的性能评估和可视化仿真演示提供了良好的应用环境。
　　 针对星座自主导航对定位算法准确性的要求，设计并实现了基于星间相对测距链路模型的卫星自主定位算法；在此基础上，为进一步提高卫星的自主定位精度，将星间相对测速信息引入到链路模型中以改善卫星位置估计精度。分析了考虑传播延时和时钟误差下的卫星自主导航算法。同时利用GPS辅助测量来确定整个星座卫星的位置基准和时间基准。还结合星间相对测量的星座自主导航系统的结构特点，设计并实现了相应的导航解算算法，利用分布序贯处理的方式，结合扩展卡尔曼滤波算法实现了良好的定位性能，有效提高了星座自主导航系统的定位精度和导航性能。
　　 最后，论文在上述关键算法研究的基础上，设计并完成了星座自主导航半物理仿真系统，同时将所完成的星座自主导航算法和滤波算法嵌入到仿真系统中，实现了对星座自主导航关键算法的集成演示和仿真验证，从而为算法的工程化应用打下了良好的基础。