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双星光学观测体系的目标定位误差分析

杨虹,张占月,丁文哲,陈峰

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杨虹, 张占月, 丁文哲, 陈峰. 双星光学观测体系的目标定位误差分析[J]. , 2016, 9(4): 452-462. doi: 10.3788/CO.20160904.0452
引用本文: 杨虹, 张占月, 丁文哲, 陈峰. 双星光学观测体系的目标定位误差分析[J]. , 2016, 9(4): 452-462.doi:10.3788/CO.20160904.0452
YANG Hong, ZHANG Zhan-yue, DING Wen-zhe, CHEN Feng. Position error analysis of double satellites optical observation system[J]. Chinese Optics, 2016, 9(4): 452-462. doi: 10.3788/CO.20160904.0452
Citation: YANG Hong, ZHANG Zhan-yue, DING Wen-zhe, CHEN Feng. Position error analysis of double satellites optical observation system[J].Chinese Optics, 2016, 9(4): 452-462.doi:10.3788/CO.20160904.0452

双星光学观测体系的目标定位误差分析

doi:10.3788/CO.20160904.0452
基金项目:

部委资助项目

详细信息
    作者简介:

    杨虹(1991-),女,四川绵竹人,硕士研究生,主要从事航天任务分析与设计方面的研究。E-mail:1558513572@qq.com

    通讯作者:

    张占月(1973-),男,河北吴桥人,博士,教授,博士生导师,主要从事航天系统仿真方面的研究。E-mail:zhangzhan-yue@163.com

  • 中图分类号:V443.5

Position error analysis of double satellites optical observation system

More Information
    Corresponding author:E-mail:zhangzhan-yue@163.com
  • 摘要:为提高双星光学观测体系的定位精度,构建了新型双星光学定位系统。通过对卫星、光电观测平台的建模,构建了地惯系下平台与目标间的观测矢量模型。利用几何定位算法,推导出了地惯系下的目标定位模型与定位误差模型,并利用蒙特卡罗法获得了定位误差分布。在此基础上,引入了小波理论进行误差的优化重构,以提高双星光学观测体系的定位精度。利用测量数据进行仿真,结果表明,引入小波理论对目标定位误差进行降噪重构后,可以使目标定位精度提高30%,为工程上减小目标定位误差提供了新的思路。

  • 图 1双星定位示意图

    Figure 1.Schematic of double satellites positioning

    图 2单星观测示意图

    Figure 2.Schematic of single satellite observation

    图 3星载光电平台结构

    Figure 3.Schematic of space borne optical platform

    图 4透视过程

    Figure 4.Schematic of perspective process

    图 5单星观测成像过程

    Figure 5.Imaging process of single satellite observation

    图 6目标定位

    Figure 6.Schematic of target location

    图 7地惯系下目标定位误差分布

    Figure 7.Error distribution of target location in the ECI

    图 8误差分解

    Figure 8.Error decomposition

    图 9各层信号统计图

    Figure 9.Layers of signal statistics

    图 10误差信号降噪重构图

    Figure 10.Noise reduction and reconstruction of the error signal

    表 1误差源

    Table 1.Error sources

    主系统 分系统 具体误差
    光学系统 空间相机的光轴晃动误差
    空间相机镜头畸变、相机内部安装结构、量化误差及电子器件噪声
    包括像素抖动误差与灰度噪音的特征提取误差、像元分辨率
    观测系统的静 误差造成的成像误差
    态指向误差与 转动轴系在生产、安装过程中出现的几何误差
    动态稳定误差 转动轴系 姿态传感器的安装零位误差和数值截断引起的测量误差
    控制系统 框架转动误差
    力矩、振动、噪声等因素引起的稳定回路误差
    目标脱靶量误差、目标特性引起的跟踪回路误差
    系统与卫星间的 对准误差 安装对准 观测系统与载体星在初始安装时,存在的中心方位误差、 方位对准误差和水平调平误差
    位置测量系统 卫星在地惯系下的位置测量误差
    卫星的测量误差 姿态测量系统 卫星姿态角信息测量误差
    轨道测量系统 卫星轨道信息测量误差
    其他误差 定位算法误差、双星交互信息时延误差等
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    表 2双星光学观测体系参数

    Table 2.Optical observation system parameters of double satellites

    双星轨道参数(iii,ni,eii,Mi)
    i1/(°) Ω1/(°) n1/(circle·day-1) e1 ω1/(°) M1/(°)
    98.223 2 181.006 2 14.629 462 70 0.002 072 1 165.867 2 196.327 8
    i2/(°) Ω2/(°) n2/(circle·day-1) e2 ω2/(°) M2/(°)
    98.749 0 199.862 4 14.261 080 06 0.000 142 0 131.860 4 228.269 7
    双星姿态参数(φiii) 内、外框架转角(λai,λei) 脱靶量参数(xmi,ymi)
    φ1/(°) θ1/(°) ψ2/(°) λa1/(°) λe1/(°) xm1 ym1
    0.52 0.63 0.58 138.52 106.67 537.65 537.65
    φ2/(°) θ2/(°) ψ2/(°) λa2/(°) λe2/(°) xm2 ym2
    0.82 78.53 0.67 65.37 132.58 538.44 538.44
    光电平台参数(ki,mi,ni,αiii)和相机安装距离(si)
    ki/m mi/m ni/m αi/(°) βi/(°) γi/(°) si/m
    1 1 1 20 20 20 1
    相机系统参数(dxi,dyi,fIFOVi,Ui,Vi)
    dxi/μm dyi/μm fIFOVi/μrad Ui Vi
    7.4 7.4 200 1 064 1 064
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    表 3定位误差分布

    Table 3.Location error distribution

    名称 均值μ/km 均方差δ/km
    x轴定位误差Δx 1.02×10-3 0.279
    y轴定位误差Δy 3.28×10-4 0.208
    z轴定位误差Δz -3.62×10-4 0.595
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    表 4信号统计量

    Table 4.Signal statistics

    分量 均值μ/km 均方差δ/km
    s 1.016×10-3 0.279 5
    d1 -5.794×10-3 0.277 4
    d2 -1.542×10-3 0.281 8
    d3 -6.791×10-3 0.270 2
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    表 5重构信号统计

    Table 5.Reconstruction signal statistics

    分量 均值μ/km 均方差δ/km
    ds 1.619×10-5 0.192
    d1 -5.085×10-6 0.196 2
    d2 1.637×10-5 0.140 9
    d3 3.575×10-6 0.095 43
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    表 6误差前后分布对比

    Table 6.Comparison of the original error and the reconstruction error

    名称 均值μ/km 均方差δ/km
    y轴原始定位误差Δys 3.276×10-4 0.208
    y轴重构定位误差Δyds -1.192×10-5 0.145
    y轴变化量 3.395×10-4 0.063
    z轴原始定位误差Δzs -3.615×10-4 0.595
    z轴重构定位误差Δzds 5.491×10-5 0.410 1
    z轴变化量 -4.164×10-4 0.184 9
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  • 收稿日期:2016-04-06
  • 修回日期:2016-04-26
  • 刊出日期:2016-08-01

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