多源观测数据融合星箭分离初轨计算

Ｏｒｂｉｔ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ￣Ｒｏｃｋｅｔ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｆｕｓｉｏｎ
( １. Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃ Ｄｙｎａｍｉｃｓꎬ Ｘｉ ａｎ ７１００４３ ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. Ｘｉ ａｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｅｎｔｅｒꎬ Ｘｉ ａｎ ７１００４３ ꎬ Ｃｈｉｎａ)
淡㊀ 鹏１ꎬ２ ꎬ李恒年１ ꎬ张定波１
摘要:星箭分离轨道计算是航天器发射过程的重要内容ꎬ 但由于其可用数据弧段短㊁ 观测数据 预处理精度受限㊁实时性要求高㊁无真实参考轨道等特点ꎬ 其计算结果与事后精密定轨有较大 差异ꎬ定轨精度受限ꎬ而星箭分离前后常常有多种类型的观测数据ꎬ 将其联合使用对提高星箭 分离定轨精度和可靠性有一定作用ꎮ 从此思路出发ꎬ基于航天器摄动运动状态转移方程ꎬ建立 了雷达外测数据㊁ＧＰＳ 及秒节点数据等不同类型观测数据的最小二乘短弧定轨方程ꎬ并使用转 换测量㊁直接合成㊁联邦计算等不同方法对这几类数据进行了融合计算ꎬ 给出了动态权重赋值 和野值判断的方法ꎮ 仿真及实测数据计算结果表明所给方法是可行的ꎬ 并对各方法的优劣性 进行了对比ꎮ 研究结果对航天器轨道及定位计算有一定的工程参考价值ꎮ 关键词:星箭分离ꎻ最小二乘ꎻ数据融合 中图分类号:Ｖ４４８������ ２２㊀ 文献标识码:Ａ㊀ 文章编号:１６７４￣５８２５ ( ２０１５ ) ０４￣０３９８￣０６
１㊀ 引言
内容ꎬ在航天器任务实施过程中具有十分重要的 航天器星箭分离轨道计算是轨道确定的重要
地位ꎬ其可视为短弧定轨的一种ꎬ这方面的研究较 多ꎬ如文献 [１￣６] ꎮ 其中较常用的有 Ｆ㊁Ｇ 级数方 法 [１￣２] ㊁单位矢量法 [１] 等ꎬ 但这些研究给出的是一 种类型测量数据的定轨方法ꎮ 考虑到航天器星箭
ＤＡＮ Ｐｅｎｇ１ꎬ２ ꎬＬＩ Ｈｅｎｇｎｉａｎ１ ꎬＺＨＡＮＧ Ｄｉｎｇｂｏ１
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｕｎｃｈ ｏｆ ａ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔꎬ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ￣ｒｏｃｋｅｔ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ. Ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｌａｔｅｒꎬ ｂｅ￣ ｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｕｓａｂｌｅ ｄａｔａ ｉｓ ｌａｃｋｉｎｇꎬ ｐｒｅ￣ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｆｏｒ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄꎬ ｒｅａｌ￣ｔｉｍｅ ｐｒｏ￣ ｃｅｓｓｉｎｇ ｉｓ ｒｅｑｕｉｒｅｄꎬ ａｎｄ ｎｏ ｒｅａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｒｂｉｔ ｅｘｉｓｔｓ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ￣ｒｏｃｋｅｔ ｓｅｐ￣ ａｒａｔｉｏｎ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｏｍｅｔｉｍｅｓ ｒａｔｈｅｒ ｂａｄ. Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈａｔ ｍｕｌｔｉ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆｔｅｎ ｅｘｉｓｔｅｄ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ￣ｒｏｃｋｅｔ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｆ ａｌｌ ｔｈｅｓｅ ｄａｔａ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ. Ｓｏｍｅ ｓｈｏｒｔ￣ａｒｃ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｕ￣ ｓｉｎｇ ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｄａｔａꎬ ＧＰＳ ｄａｔａꎬ ａｎｄ ｒｏｃｋｅｔ ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ ｓｅｃｏｎｄ ｎｏｄｅ ｄａｔａ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｓ ｓｔａｔｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｕｎｄｅｒ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ. Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｅｒꎬ ｄｉｒｅｃｔ ｄａｔａ ｆｕ￣ ｓｉｏｎꎬ ａｎｄ ｆｅｄｅｒａｔｅｄ ｆｕｓｉｏｎ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄꎬ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ ｏｕｔｌｉｅｒ ｄａｔａ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｇｉｖ￣ ｅｎ. Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｌ ｄａｔａ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓꎬ ａｄｖａｎｔａｇｅ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ ｔｏ ａｌｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎꎬ ｗｈｉｃｈ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ｏｆ ｒｅａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｓａｔｅｌｌｉｔｅ￣ｒｏｃｋｅｔ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎꎻ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅꎻ ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ
收稿日期:２０１５￣０３￣０９ꎻ修回日期:２０１５￣０５￣１２ 作者简介:淡鹏(１９７９ － ) ꎬ男ꎬ硕士ꎬ高级工程师ꎬ研究方向为航天测控数据处理技术ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ: ｄａｎｐｅ ㊀ ㊀ ㊀
淡㊀ 鹏ꎬ等. 多源观测数据融合星箭分离初轨计算
第 ２１ 卷㊀ 第 ４ 期 载㊀ 人㊀ 航㊀ 天 Ｖｏｌ. ２１㊀ Ｎｏ. ４ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ２０１５ 年㊀ ７ 月 Ｍａｎｎｅｄ Ｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ Ｊｕｌ. ２０１５
多源观测数据融合星箭分离初轨计算
(１. 宇航动力学国家重点实验室ꎬ西安 ７１００４３ꎻ ２. 西安卫星测控中心ꎬ西安 ７１００４３)