地平式光測跟星系統(tǒng)天頂盲區(qū)及跟蹤算法研究.pdf

1、摘要摘要光電測量是進行衛(wèi)星監(jiān)測的核心手段之一。陸基型光學測量設備目前主要采用地平式和極軸式兩種結構模式，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。然而地平式光測設備的缺陷是存在天頂盲區(qū)。所謂天頂盲區(qū)問題是指目標過天頂時對地平式設備方位軸有一個極大的過載要求，需要方位軸瞬時調轉1800(或略小于180)，此時方位變化的角速度和角加速度在數(shù)學意義上是無窮大，導致目標丟失。詳盡分析天

2、頂盲區(qū)，對解決該問題所涉及的相關技術進行深入研究，具有重要的理論意義和實用價值。本文以測星精密光電望遠鏡和地基激光反衛(wèi)星跟蹤望遠鏡項目為課題背景，在系統(tǒng)的總結國內外過天頂目標跟蹤技術發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，歸納出三種解決方案:方位軸傾斜方法、增設次俯仰軸方法、程序引導方法。并指出三種方案之間的共同點是要求系統(tǒng)具備對目標軌跡進行實時預測能力。本文依據(jù)不改變系統(tǒng)硬件結構的研究思路，提出一個基于目標軌跡預測技術的解決過天頂跟蹤的方案構想，給出具體實

3、施步驟，預計可使系統(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。本文針對地平式裝置天頂盲區(qū)的形成機理進行全面分析。在觀測坐標系中推導出確定天頂盲區(qū)理論范圍公式和滿足過天頂跟蹤條件的關系式在天文坐標系中以長春衛(wèi)星觀測站(北緯43.90)作為計算基準，分別討論了方位、俯仰方向的角速度、角加速度等對天頂盲區(qū)的影響，在理論分析上為解決過天頂跟蹤問題打下了基礎。針對高仰角跟星時野值出現(xiàn)幾率極高(有時多達10^20%)的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)預處理方面重點研

4、究了野值剔除技術。為滿足衛(wèi)星軌道遞推計算需要，根據(jù)天體力學、航天動力學理論，建立起二體條件下的衛(wèi)星軌道動力學模型。在上述工作的基礎上，目標軌跡預測技術重點研究了衛(wèi)星軌道遞推算法。分析了使用經(jīng)典Kalman濾波進行計算存在的問題，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，并應用自適應Kalman濾波算法計算衛(wèi)星軌道。相關實驗數(shù)據(jù)分析表明:自適應Kalman濾波算法在收斂速度、估計精度等方面要遠優(yōu)于遞推最小二乘算法，應