![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
基于多星座GNSS的高轨航天器组合导航性能评估.pdf
《基于多星座GNSS的高轨航天器组合导航性能评估.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于多星座GNSS的高轨航天器组合导航性能评估.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 :引用格式:谢礼伟,石涛,武领华,等基于多星座的高轨航天器组合导航性能评估无线电工程,():,():基于多星座的高轨航天器组合导航性能评估谢礼伟,石涛,武领华,庄学彬(中山大学 系统科学与工程学院,广东 广州)摘要:高轨航天器采用多星座(包括、)导航时存在可见卫星数少、定位误差大和难以保证持续性等问题,而随着北斗三号全球卫星导航系统的正式开通,有了更多提供导航服务的在轨卫星,能大幅增加高轨航天器可用的卫星数量并显著改善其定位性能。针对典型中高轨道航天器场景,开展了基于含北斗三号的多星座的组合导航定位性能仿真和评估。仿真结果表明,基于紧组合定位算法的典型高轨航天器可以获得米级的定位精度,与松组
2、合定位模型相比,在可见卫星数量较少时仍可保证误差不发散,验证了当前多星座背景下典型高轨航天器应用紧组合定位时的误差水平,特别是基于并行遗传算法(,)下的 紧组合算法可进一步改善定位精度。关键词:北斗三号系统;定位性能评估;组合导航;高轨航天器中图分类号:文献标志码:开放科学(资源服务)标识码():文 章 编 号:(),(,):(,),():;收稿日期:基金项目:国家部委基金资助项目:引言近年来,高轨航天器的发射次数、应用服务和任务类型逐渐增多,高轨航天器利用全球导航卫星系统定位是的重要应用之一。由于导航卫星最初设计主要是为地面用户服务,导航卫星的信号基本都指向地球中心,而高轨航天器的轨道高度远
3、大于卫星运行轨道高度,因而高轨航天器接收机只能接收到来自地球另一端的信号,这使得导航卫星与高轨航天器之间的距离进一步增加,来自路径和大气的损耗导致接收信号的信噪比大幅度降低。即使高轨航天器可见卫星满足多定位解算条件,定位误差也可高达百米量级。对于太空中处于零重力环境下的高轨航天器,在非工程与应用 年 无线电工程 第 卷 第 期 机动状态下可通过轨道积分递推直接获得其短期位置,但其误差均低于定位结果,因而高轨道航天器通常采取轨道滤波的形式进行定轨计算并利用的伪距、伪距率等信息对轨道参数进行修正。随着北斗三号全球卫星导航系统正式向用户提供全天时、全天候、高精度的全球定位导航服务,全球有超过颗能够提
4、供导航服务的在轨卫星,大量的在轨卫星为高轨航天器定位技术的发展奠定了良好的基础,同时利用多星座可以提高可见卫星数,从而有效改善高轨自主定位服务的可用性。对于机动模式下的航天器,可利用加速度计和陀螺仪获得的加速度数据信息来推算出航天器的短期运动状态。惯性测量单元(,)的采样频率远高于接收机且短期内误差低于定位误差,因此捷联惯性系统(,)通常作为实时输出航天状态信息的主要系统。由于的噪声以及长期积分会导致误差累积,因此常采用导航或天文导航来校正的参数。高精度自主定位是高轨航天器的核心关键技术,多星座的在轨卫星数量多、卫星所在轨道分布广,且高轨道用户终端和导航卫星相对动态关系变化快,对导航性能的可用
5、性提出了较大的挑战。基于以上因素,本文首先对多星座和北斗三号星座构型进行简要介绍,然后对高轨航天器的定位系统误差状态进行推导以确定卫星导航与惯性导航紧组合的状态观测模型,最后通过仿真对比结果证明,超同步转移轨道(,)典型高轨航天器应用高轨紧组合算法可获得较稳定的定位信息和更高的定位精度。多星座与单个卫星系统相比,多星座组合可以增加可见卫星的数量,有效改善卫星的空间几何结构,提高卫星定位的可靠性。多星座系统时间融合由于、四个系统时间都与协调世界时()相关,将其他个系统的时间都统一为,从而完成多星座时间数据的融合。根据接口控制文件中的内容,、的时间基准可以用下式进行转换:,()式中:表示个系统时间
6、偏差,表示整数跳秒。由于和都与国际原子时有联系,因此可以得到:。()根据接口控制文件内容,和的时间基准可以用下式进行转换:,(),()式中:是北斗时间,是个系统之间的钟差,是个系统的钟速差。北斗三号星座构型北斗三号系统的空间星座由颗地球静止轨道(,)卫星、颗倾斜地球同步轨道(,)卫星和颗中圆地球轨道(,)卫星混合组成,如图所示。图三维空间结构 卫星的轨道面与地球赤道面重合,星下点相对地面基本保持静止;卫星与卫星的轨道高度相同,位于个轨道面上,星下点相对地面自南向北运动,轨迹呈现“字型”;卫星星下点相对地面自西向东运动,轨迹呈现“波浪型”。和卫星的使用可以大大提高北斗系统的导航性能和抗遮挡能力,
7、而卫星可为北斗系统服务全球打下坚实的基础,提高系统的可靠性和鲁棒性。定位系统模型针对高轨多连续定位解算难以保障问题,基于伪距、伪距率的高轨紧组合定位算法对高轨航天器的系统误差状态进行推导,确定卫星导航与惯性导航紧组合的系统误差状态模型。工程与应用 紧组合模型紧组合是一种相对复杂的组合方式,如图所示。在该组合方式中,和仅作为测量传感器,利用输出的位置和速度信息来估计的伪距和伪距率,并将其与定位原始信息进行比较。观测方程经过卡尔曼滤波以获得准确的导航解。图紧组合模型 相对而言,紧组合导航系统具有更高的导航解算精度。同时,即使载体移动或受到外部信号干扰,紧组合导航系统也能执行信息有限环境下的导航方案
8、,避免组合导航系统退化成纯惯性导航系统,并且使用伪距、伪距率或载波相位等同级信息来修正惯性导航系统对可见星数的要求较低,不需要接收机先单独完成解算,因此紧组合方式具有更好的实现效果。下文将基于高轨航天器采用多星座导航系统惯导紧组合方法进行定位性能仿真和评估。高轨航天器运动状态的误差状态模型对于高轨航天器,其运动状态可用位置、速度、加速度零偏、角速度零偏和姿态进行描述,分别用、和表示,其中上角标代表该值在系中的矢量值,则代表机体系,为机体系旋转至系的旋转矢量(简写为)。将系统状态的误差值作为系统状态空间向量:,。()系统误差状态维数为。将所有误差项利用泰勒展开并略去二阶以上高阶项,进行线性化后得
9、到误差状态的微分方程为:,(),(),(),(),(),(),()式中:为引力误差项,、为加速度计与陀螺仪对应的随机游走白噪声,这些与惯导相关的噪声均为不相关且各向同性的零均值白噪声;、为与接收机晶振相关的零均值白噪声,它们是互相关的。因而,误差状态方程为:。()此时可以得到的预测公式中状态转移矩阵为:,()式中:()。根据系统噪声的定义得到更新式中的协方差矩阵为:,()式中:、为对应系统噪声的方差,为接收机与各导航系统时钟偏差白噪声与时钟漂移白噪声的协方差矩阵。系统观测模型对于来说,需要额外的观测信息对滤波器进行矫正,在紧组合模型中选取伪距与伪距率作为观测值。接收机伪距观测方程为:()(槡)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 星座 GNSS 航天器 组合 导航 性能 评估
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。