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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

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]. 中国光学, 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]. 中国光学, 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) e1ω1/(°)M1/(°)
    98.223 2181.006 214.629 462 700.002 072 1165.867 2196.327 8
    i2/(°)Ω2/(°)n2/(circle·day-1) e2ω2/(°)M2/(°)
    98.749 0199.862 414.261 080 060.000 142 0131.860 4228.269 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/(°)xm1ym1
    0.520.630.58138.52106.67537.65537.65
    φ2/(°)θ2/(°)ψ2/(°)λa2/(°)λe2/(°)xm2ym2
    0.8278.530.6765.37132.58538.44538.44
    光电平台参数(ki,mi,ni,αiii)和相机安装距离(si)
    ki/mmi/mni/mαi/(°)βi/(°)γi/(°)si/m
    1112020201
    相机系统参数(dxi,dyi,fIFOVi,Ui,Vi)
    dxi/μmdyi/μmfIFOVi/μradUiVi
    7.47.42001 0641 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Δx1.02×10-30.279
    y轴定位误差Δy3.28×10-40.208
    z轴定位误差Δz-3.62×10-40.595
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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
    s1.016×10-30.279 5
    d1-5.794×10-30.277 4
    d2-1.542×10-30.281 8
    d3-6.791×10-30.270 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
    ds1.619×10-50.192
    d1-5.085×10-60.196 2
    d21.637×10-50.140 9
    d33.575×10-60.095 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Δys3.276×10-40.208
    y轴重构定位误差Δyds-1.192×10-50.145
    y轴变化量3.395×10-40.063
    z轴原始定位误差Δzs-3.615×10-40.595
    z轴重构定位误差Δzds5.491×10-50.410 1
    z轴变化量-4.164×10-40.184 9
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出版历程
  • 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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