月球交会雷达干涉测角的鲁棒解模糊算法研究与设计

摘要

随着我国大量空间活动的开展,为了满足日益复杂的航天任务,航天科学技术显得越发的重要。而在我国的探月活动中,为实现月球车的往返、载人登月等航天任务,必须要解决月球轨道的交会对接技术。交会对接技术主要是实现航天器之间的交会和对接过程,是实现人员物资的往返和运输、在轨维护、在轨组装等的关键技术之一。而交会对接系统主要分为交会系统和对接系统。其中交会系统主要完成中远距离的交会测量工作,主要对相对距离、相对速度、相对位置等进行测量。而对接系统则负责航天器近距离的对接合拢。国际上,交会系统一般采用微波雷达进行交会过程中的测距测速测角工作。本文主要研究了微波交会雷达的干涉仪测角算法,在此基础上,分析扩频接收机的周跳探测与修复技术在测角中应用的可行性。
　　本论文的主要工作是对微波交会雷达的干涉仪测角算法进行了研究。本论文在介绍和分析干涉仪测角原理、测角误差原理、均值滤波和卡尔曼滤波算法原理,以及周跳探测与修复技术的相关概念和原理的基础上,针对双基线干涉仪测角系统,给出了搜索法解模糊测角算法和逐次法解模糊测角算法的数学推导过程、理论分析,在此基础上进行了算法仿真实验。然后对单基线干涉仪测角系统,给出了双频解模糊测角算法、三频比较法解模糊测角算法和三频搜索法解模糊测角算法,以及三频平方法解模糊测角算法的数学推导过程和理论分析,并对算法进行了仿真。在对解模糊测角算法的仿真实验中,主要在不同的滤波条件下,对算法的解模糊性能和测角性能的仿真结果进行了比较和分析。最后针对多项式拟合法探测和修复周跳进行了讨论和仿真实验,并对周跳探测与修复技术在测角中应用的可行性进行了分析和仿真实验。
　　通过Matlab对解模糊测角算法建模仿真后得到的结果显示,本论文提出的解模糊测角算法在对载波相位进行均值滤波和卡尔曼滤波处理后,均有较好的解模糊性能和测角性能,能够满足月球轨道微波交会雷达的测量要求。同时,在干涉仪测角系统中应用周跳探测与修复技术能够有效降低解模糊错误发生的概率,提高解模糊性能的鲁棒性。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 研究内容和意义

1.4 章节安排

第二章 基本理论

2.1 交会对接测量系统的结构设计

2.2 干涉仪测角原理及误差分析

2.3 均值滤波和卡尔曼滤波

2.4 周跳探测与修复

2.5 本章小结

第三章 双基线解模糊测角

3.1 双基线解模糊测角算法

3.2 仿真分析

3.3 本章小结

第四章 多频解模糊测角

4.1 双频解模糊测角算法

4.2 三频解模糊测角算法

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

第五章 周跳探测与修复在测角中的应用

5.1 引言

5.2 多项式拟合法

5.3 仿真分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 未来工作的展望

致谢

参考文献