月球中繼衛(wèi)星星座支持交會對接定軌算法研究.pdf

1、為了支持未來的載人登月任務(wù)，由于月球的遮擋，僅依靠地面深空站是無法完全覆蓋跟蹤月球軌道交會對接的全過程的。因此，為了為未來載人登月實(shí)施月球軌道交會對接提供全天候不間斷的數(shù)據(jù)中繼通信與跟蹤測軌服務(wù)，必須建立像近地軌道的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星星座。目前國內(nèi)外已經(jīng)對月球中繼衛(wèi)星星座的構(gòu)形進(jìn)行了初步研究，而本論文即是在此基礎(chǔ)上，并考慮探月初期會布設(shè)較少的月球中繼衛(wèi)星，重點(diǎn)研究如何利用單顆月球中繼衛(wèi)星，將登月艙導(dǎo)引到服務(wù)艙附近，以確定交會對接的相對狀

2、態(tài)，最終達(dá)到支持月球軌道交會對接的目的。
　　要利用月球中繼衛(wèi)星提供跟蹤測軌服務(wù)，首先需要利用地面深空站對月球中繼衛(wèi)星進(jìn)行定軌。本論文基于地面深空站的測距測速觀測量，研究了fg級數(shù)最小二乘初軌確定算法和軌道改進(jìn)算法，其中軌道改進(jìn)算法包括事后處理的加權(quán)最小二乘法和實(shí)時處理的卡爾曼濾波方法；仿真結(jié)果表明，初軌確定算法能夠提供可靠的初值，而利用軌道改進(jìn)算法對月球中繼衛(wèi)星的定軌精度，位置精度達(dá)到了米級，速度精度達(dá)到了厘米每秒級。其次，基于

3、月球中繼衛(wèi)星的精確軌道，研究了登月艙只與一顆月球中繼衛(wèi)星可見時和登月艙與一顆月球中繼衛(wèi)星和服務(wù)艙同時可見時的測距測速初軌確定算法，并對兩個算法的性能進(jìn)行了大量的仿真；在適當(dāng)?shù)挠^測條件下，這兩個算法都能夠提供精度較高的初值，另外也分析了觀測數(shù)據(jù)的多少和采樣步長的大小對這兩個算法的影響。在通過以上方法將登月艙導(dǎo)引到服務(wù)艙附近后，最后研究了利用交會雷達(dá)的測角測距測速觀測量，分別基于登月艙的絕對運(yùn)動狀態(tài)方程和交會對接的相對運(yùn)動狀態(tài)方程，結(jié)合卡爾