一种新的单星对星无源定轨方法_辛勤

第32卷 第11期

2010年11月

现代雷达

ModernRadar

Vo.l32 No.11

Nov.2010

信号/数据处理

中图分类号:V55文献标志码:A文章编号:1004-7859(2010)11-0033-05

一种新的单星对星无源定轨方法

辛 勤,吴顺华

1

1,2

(1.国防科技大学电子科学与工程学院, 长沙410073)(2.空军雷达学院空天基雷达教研室, 武汉430019)

摘要:在单星对星无源定轨跟踪中,仅测角方法的滤波收敛时间较长且精度不高。在角度观测之外增加角度变化率观测,然后根据卫星运动的动力学和几何学条件,推导准确的状态预测方程及其对应的状态转移矩阵,给出了相应的计算方法。结合EKF滤波算法,提出一种新的基于角度和角度变化率信息的单星对星无源定轨跟踪方法。与仅测角定位法相比,该方法定位性能有很大程度改善,具有更高的估计精度和更快的收敛速度,且两者计算耗时相当。关键词:卫星定轨;无源定位;角度;角度变化率;单观测站

ANovelMethodofSatellite to satellitePassiveOrbitDetermination

XINQin,WUShun hua

(1.CollegeofElectronicScienceandEngineering,NUDT, Changsha410073,China)(2.AirandSpaceBorneRadarLab.,AirForceRadarAcademy, Wuhan430019,China)

Abstract:Insatellite to satellitepassiveorbitdeterminationandtracking,thebearing onlymethodhaslongconvergencetimeandlargelocationerrors.Inadditiontobearings,thebearingchangingrateisutilizedasanotherobservedquantityinthispaper.Basedonthekineticsandgeometryofsatellitemotion,anaccuratestatepredictionformulationandthecorrespondingstate transitionma trixarederived,andthecomputationmethodsarepresented.Andthen,accordingtoExtendedKalmanFiltering(EKF)algo rithm,anovelsatellite to satellitepassiveorbitdeterminationandtrackingmethodwithbearingsandbearingchangingratemeas urementsisproposed,http://www.1mpi.comparedwiththebearing onlymethod,thelocationperformanceofthismethodissuperior.Thehigheraccuracyofestimationandthefasterconvergenceareobtainedusingthenovelmethod,andthecomputationalcomplexityofthelateriscomparablewiththeformer.

Keywords:satelliteorbitdetermination;passivelocation;bearing;bearingchangingrate;singleobserver

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1,2

0 引 言

采用被动方式工作的无源定位是定位技术发展的重要方向和对现有探测系统的完善

[2]

[1]

时,需要利用距离信息的传统定轨方法就不能奏效

了。因此,在非合作情况下,研究单星对卫星的被动定轨方法具有重要意义。

由于卫星运动的强烈非线性,使其运动微分方程

[5]

解的表达形式非常复杂。文献[6-7]对单星对星仅测角无源定轨方法进行了研究,验证了其可行性。文献[6]采用经典轨道根数作为状态变量,其优点是可以建立线性的系统状态方程,但是观测方程的非线性程度将因此加剧,定轨跟踪系统整体的非线性本质并没有因此得到改善。而且,当偏心率e或者轨道倾角i趋于0时,使用经典轨道根数作为状态变量将分别产生第1类和第2类奇点

[5]

[4]

,而单站无源定

位系统因其隐蔽性强、探测距离远、部署灵活和设备简单等优点得到了人们的高度重视。同时,随着空间电子技术的发展,空间信息获取及其对抗越来越受到人们的关注,而对卫星的监视和定轨跟踪是空间信息对抗中亟待解决的关键问题。单星对星的无源定位,就是把无源侦察跟踪设备安装到卫星平台上,利用单颗卫星平台截获目标卫星发射的通信、测控和导航信号并进行处理,进而对目标星进行定位和跟踪。在无源定位背景下,观测站只被动接收目标发射(或反射)的来波信号,无法直接得到目标的距离信息,此

[3]

,算法将因此呈现强烈

[7]

的不稳定性和对观测误差的敏感性。文献[7]采用目标卫星位置矢量和速度矢量作为状态变量,在状态预测方程的推导中,对系统的状态微分方程进行了Taylor级数展开并仅取前3项。近似后得到的状态预测方程虽然是非线性的,但避免了奇点问题。

基金项目:武器装备预研基金资助项目通信作者:辛勤 Emai:lym_xin@http://www.1mpi.com收稿日期:2010 06 10修订日期:2010 09 20

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