单通道测量条件下DORIS实时定轨方法研究

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1、第30卷第5期2011年10月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTF&CTechnologyV01．30No．5oct．201l单通道测量条件下DORIS实时定轨方法研究。刘俊宏，谷德峰，赖育网，易东云(国防科学技术大学理学院·长沙·410073)摘要：重点研究了单通道测量务件下的DoRIS实时定轨方法。推导了实时定轨的扩展卡尔曼滤波(EKF)公式，仿真生成了47个测站的观测数据文件。分析了单通道测量条件下EKF滤波器的收敛性及其精度。仿真实验表明，仅有单个测站的观测数据时，滤波难以收敛；但在不同测站的观测数据切换时，滤波收敛效果显著。对于轨道高度为800km

2、的卫星，初轨各轴位置误差小于500m、速度误差小于5m／s时，滤波平均收敛时间约55min；若各项系统误差能准确建模，实时轨道的位置精度将优于40cm。关键词：IX)RIS；平均径向速度；单通道；扩展卡尔曼滤波；实时定轨中图分类号：V412．41文献标识码：A文章编号：1674—5620(2011)05—0050一05DOI：CNKI：11-4230／TV．20110920．1433．001DORISReal-timeOrbitDeterminationMethodundertheConditionofaSingleChannelLIUJunhong，GUDefeng，LAIY

3、uwang，YIDongyun(CollegeofScience．NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073)Abstract：DORISisanadvancedground—basedsatelliteorbittrackingsystem．ThispaperstudiesDORISreal-timeorbitdeterminationmethodundertheconditionofasinglechannel．ExtendedKalmanFilterformulationsarederivedforreal—t

4、imeorbitdetermination．Observationdatafilesof47permanentbeaconsaregenerated．Theconvergenceandaccuracyofthefilterisanalyzed．Simulationandexperimentsshowthat。withasinglechannel，itisdifficultforthefiltertOconvergewiththemeasurementsofonlyonebeaconwhileitconvergesquicklywhenobservationdatachanges

5、fromonebeacontOanotherbeacon．Ittakes55minutesontheaverageforthefiltertOconvergewhentheinitialorbitpositionerrorislessthan500mandthevelocityerrorislessthan5m／sineachaxisatasatelliteorbital—titudeof800km．Thereal—timeorbitRMSwillbebetterthan40cmin3Difsystemerrorscanbeaccuratelymodeled．Keywords：

6、IX)RIS；AverageRangeRate；SingleChannel；ExtendedKalmanFilter(EKF)；Real-TimeOrbitDetermination0引言目前国际上较先进的地基卫星轨道跟踪测量系统主要包括卫星激光测距(SLR)以及多普勒轨道确定和无线电定位组合系统(DORIS)。SLR系统的主要缺点是对气候条件要求苛刻，观测数据较少，而且通常只用于卫星精密定轨[1‘2】。DORIS系统采用无线电上传技术，受气候条件影响较小，观测站提供有效信号的平均时间超过99．7％，而且该系统既能提供精度为1～3cm的精密轨道，也能提供精度为dm量级的实时轨道

7、[3剖。所以要发展我国的地基卫星轨道跟踪测量系统，实现卫星轨道的实时确定，研究DORIS实时定轨方法显得尤为重要。DoRIS系统利用多普勒原理，采用单程双频测速体制，星载接收机直接测量一段时间内(约10s)卫星相对于地面测站的多普勒积分，然后将其转换为平均径向速度。平均径向速度的设计误差为0．3mm／s，但由于模型等不准确，实际误差会偏大[3剖。1990年，首次安装DORIS接收机的SPOT一2卫星发射时，地面测站有32个，2006年已·收稿日期：2011一04—27；修曰日期：2011一0