分布式卫星系统的导航问题研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hyz012
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分布式卫星系统与传统单颗卫星相比具有高性能、高容错能力、低成本及低风险等优势,已成为国内外的关注焦点和研究热点。作为分布式卫星系统构型保持与协同控制的前提,可靠的高精度导航算法是一个基本要求。  本文围绕近地轨道分布式卫星系统的导航问题,针对多种类型的星间量测及多种类型的量测误差,在对导航问题进行能观性分析的基础上,提出一系列具有拟一致性的导航算法,即从理论上保证算法可实时提供导航结果均方误差矩阵的上界,从而可保证导航结果的可靠性。本文主要工作如下:  首先,依据非线性系统能观性理论和可观测度分析方法,对含有J2摄动项的分布式卫星系统非线性模型,分析了基于星间相对距离量测的导航问题的能观性。并进一步针对利用相对距离量测且其中三颗卫星惯性位置可量测的导航问题,基于能观性分析结果,设计得到拟一致导航算法,该算法可实时给出导航误差的范围,并能够自动判断能观性较差的时刻。在此基础上,进一步提出了拟一致融合导航算法,该算法能够实时自动融合有利于导航效果的冗余信息以提高导航精度。  在上述研究的基础上,本文针对含有随机噪声和常值偏差两种测量误差的导航问题,将导航误差划分为系统性误差和随机性误差,并提出能够实时评估这两部分误差的系统性误差评估算法和拟一致导航算法。为提高导航精度,进一步提出了利用冗余信息的改进系统性误差评估算法和拟一致融合导航算法。  最后,为增加导航自主性,考虑基于星间相对距离和相对角度量测的导航问题。针对仅含有量测随机噪声的情况,提出拟一致稳定导航算法,并证明了该算法的拟一致性和稳定性;针对含多种测量误差的情况,提出系统性误差评估算法和拟一致稳定导航算法,据此能够实时评估系统性误差和随机性误差,并可保证导航误差在均方误差意义下有界。
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