地平式光測(cè)跟星系統(tǒng)天頂盲區(qū)及跟蹤算法研究.pdf

1、摘要摘要光電測(cè)量是進(jìn)行衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的核心手段之一。陸基型光學(xué)測(cè)量設(shè)備目前主要采用地平式和極軸式兩種結(jié)構(gòu)模式，由于地平式系統(tǒng)成本低，軟硬件成熟度和工作可靠性高等原因，在觀測(cè)人造衛(wèi)星的儀器中絕大部分采用地平式裝置。然而地平式光測(cè)設(shè)備的缺陷是存在天頂盲區(qū)。所謂天頂盲區(qū)問(wèn)題是指目標(biāo)過(guò)天頂時(shí)對(duì)地平式設(shè)備方位軸有一個(gè)極大的過(guò)載要求，需要方位軸瞬時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)1800(或略小于180)，此時(shí)方位變化的角速度和角加速度在數(shù)學(xué)意義上是無(wú)窮大，導(dǎo)致目標(biāo)丟失。詳盡分析天

2、頂盲區(qū)，對(duì)解決該問(wèn)題所涉及的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文以測(cè)星精密光電望遠(yuǎn)鏡和地基激光反衛(wèi)星跟蹤望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目為課題背景，在系統(tǒng)的總結(jié)國(guó)內(nèi)外過(guò)天頂目標(biāo)跟蹤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，歸納出三種解決方案:方位軸傾斜方法、增設(shè)次俯仰軸方法、程序引導(dǎo)方法。并指出三種方案之間的共同點(diǎn)是要求系統(tǒng)具備對(duì)目標(biāo)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)能力。本文依據(jù)不改變系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的研究思路，提出一個(gè)基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)技術(shù)的解決過(guò)天頂跟蹤的方案構(gòu)想，給出具體實(shí)

3、施步驟，預(yù)計(jì)可使系統(tǒng)單站單圈次跟蹤采集到的有效數(shù)據(jù)總量提高約一倍。本文針對(duì)地平式裝置天頂盲區(qū)的形成機(jī)理進(jìn)行全面分析。在觀測(cè)坐標(biāo)系中推導(dǎo)出確定天頂盲區(qū)理論范圍公式和滿足過(guò)天頂跟蹤條件的關(guān)系式在天文坐標(biāo)系中以長(zhǎng)春衛(wèi)星觀測(cè)站(北緯43.90)作為計(jì)算基準(zhǔn)，分別討論了方位、俯仰方向的角速度、角加速度等對(duì)天頂盲區(qū)的影響，在理論分析上為解決過(guò)天頂跟蹤問(wèn)題打下了基礎(chǔ)。針對(duì)高仰角跟星時(shí)野值出現(xiàn)幾率極高(有時(shí)多達(dá)10^20%)的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)預(yù)處理方面重點(diǎn)研

4、究了野值剔除技術(shù)。為滿足衛(wèi)星軌道遞推計(jì)算需要，根據(jù)天體力學(xué)、航天動(dòng)力學(xué)理論，建立起二體條件下的衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型。在上述工作的基礎(chǔ)上，目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)技術(shù)重點(diǎn)研究了衛(wèi)星軌道遞推算法。分析了使用經(jīng)典Kalman濾波進(jìn)行計(jì)算存在的問(wèn)題，由于衛(wèi)星軌道模型屬于非線性系統(tǒng)，給出了推廣Kalman濾波公式，并應(yīng)用自適應(yīng)Kalman濾波算法計(jì)算衛(wèi)星軌道。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明:自適應(yīng)Kalman濾波算法在收斂速度、估計(jì)精度等方面要遠(yuǎn)優(yōu)于遞推最小二乘算法，應(yīng)