（信息与通信工程专业论文）基于空频域信息的单星对星无源定轨与跟踪关键技术研究.pdf

国防科学技术大学研究生院博士学位论文 摘要 随着电子对抗技术和航空航天技术的不断发展，空间信息获取及对抗在现代 化的高技术战争中发挥着越来越重要的作用，从而，对空间信息系统载体卫 星的运动状态确定和跟踪就成了亟待解决的关键问题。鉴于采用天基平台对卫星 目标进行观测可以不受大气、时间和国界的影响限制，并且单站无源的观测方式 具有隐蔽性强、设备简单、作用距离远和适用范围广等优点，利用单颗卫星平台 对卫星目标的无源定轨跟踪( 单星对星无源定轨跟踪) 技术研究就成为具有重要意 义的课题。在总结单站无源定位技术和卫星轨道力学知识的基础上，论文对基于 空域和频域观测信息的单星对星无源定轨跟踪所涉及的理论方法及关键问题展开 研究。 卫星运动建模是单星对星无源定轨跟踪研究的前提。在定义适当的坐标系统 和研究相关卫星轨道理论的基础上，建立了卫星运动的力学模型和基于f g 级数 的状态递推f g 模型。该模型以对二体运动的精确描述为特点，具有比其它近似 递推模型更高的准确性。根据现有文献，综述了只测角单星对星无源定轨的可观 测性研究，并引入完全可观测的结论。卫星运动模型的建立和只测角定轨可观测 结论的引入，为后续研究奠定了基础。 论文研究了只测角条件下和联合测角与测频条件下的单星对星无源定轨跟踪 方法。基于前面给出的卫星运动模型，对单星对星无源定轨系统进行建模，继而 提出基于准确状态模型的只测角单星对星无源定轨跟踪方法。接着，在只测角的 基础上引入频率观测量，提出基于准确状态模型的联合测角与测频的单星对星无 源定轨跟踪方法，显著提高了只测角定轨方法的精度和收敛速度。与已有的基于 泰勒级数展开近似模型的方法相比，由于模型准确性更高，论文的只测角和联合 测角与测频两种定轨方法具有更优的性能，且运算复杂度相当。 论文接着研究了基于质点运动学原理的单星对星无源测距和定轨跟踪方法。 针对单星对星无源定轨背景的特点，推导无源测距方程并给出具体解法，实现了 单星对星无源测距。在此基础上，结合测距分解观测模型，提出一种基于运动学 原理的单星对星无源测距定轨跟踪方法，可实现快速定位。进一步将径向速度观 测量引入观测量集并直接参与递推滤波计算，提出基于径向运动信息的单星对星 无源定轨跟踪方法。除具有收敛速度快的优点外，该方法还具有很高的定轨精度， 可用于要求快速和高精度的无源定轨场合。 然后，鉴于单星对星无源定轨跟踪问题的非线性本质和递推滤波算法对定轨 的重要作用，论文对非线性滤波问题进行了研究。从函数解析近似的思路出发， 分析了e k f ( e x t e n d e dk a l m a nf i l t e r i n g ) 及其改进算法的性能特点，针对其不足， 第1 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 对基于s t i r l i n g 插值多项式近似的差分滤波算法d d f ( d i v i d e dd i f f e r e n c ef i l t e r i n g ) 进行了深入研究。根据单星对星无源定轨背景的加性噪声特点，提出一种适合实 时应用的简化差分滤波算法s d d f ( s i m p l i f i e dd d f ) ，降低了运算复杂度。针对单 星对星无源定轨系统可观测性弱和观测误差大的问题，将最大似然迭代策略与 d d f 相结合，提出一种迭代差分滤波算法i d d f ( i t e r a t e dd d f ) 。该方法迭代过程 以似然概率增加为准则，在改善跟踪滤波精度和收敛速度的同时，算法稳定性也 得到较大程度提高。 本文系统地研究了基于空频域信息的单星对星无源定轨跟踪涉及的关键理论 和技术问题，提出了相应的解决方法和结论，相关研究成果具有较强的理论意义 和一定的工程意义。 主题词：无源定位；卫星定轨；单观 1a ，- 占；质点运动学；无源测距；只测角； 角度和频率；差分滤波；径向速度；离, b j n 速度 第2 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i cc o u n t e r m e a s u r e st e c h n o l o g ya n dt h e a e r o s p a c et e c h n o l o g y ，t h es p a t i a li n f o r m a t i o na c q u i s i t i o na n dc o n f r o n t a t i o np l a y sa n i n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l ei nm o d e mh i g h - t e c hw a r t h e r e f o r e ，i ti sa nu r g e n tc r u c i a l t a s kt oo b t a i nt h em o t i o ns t a t eo fas a t e l l i t e ，c a r r y i n gt h es p a t i a li n f o r m a t i o ns y s t e m t h e t e c h n o l o g yo ft h ep a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o na n dt r a c k i n go fas a t e l l i t eb yt h e s i n g l e - s a t e l l i t e - - b o r n e ( s i n g l e - - s a t e l l i t e - t o s a t e l l i t ep a s s i v e o r b i td e t e r m i n a t i o na n d t r a c k i n g ) b e c o m e sav e r ys i g n i f i c a n ts u b j e c t ，a st h es p a c e b o m es u r v e i l l a n c eo f t h et a r g e t s a t e l l i t e si sn o tc o n f i n e dt ot h el i m i t so fa t m o s p h e r e ，n a t i o n a lb o u n d a r i e s ，a n dt i m e ，a n d t h ep a s s i v eo b s e r v a t i o nm o d eb ys i n g l eo b s e r v e rh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha se x c e l l e n t i n v i s i b i l i t y ，s i m p l i c i t yi nt h ef a c i l i t y ，l a r g ee f f e c t i v er a d i u sa n dw i d ea p p l i c a b i l i t y b a s e d o nt h es i n g l eo b s e r v e rp a s s i v el o c a t i o nt e c h n o l o g ya n ds a t e l l i t eo r b i td y n a m i c s ，t h i s d i s s e r t a t i o ni n v e s t i g a t e ss o m ec r u c i a lt h e o r e t i c a lm e t h o d sa n di s s u e sc o n c e m i n gt h e s i n g l e - s a t e l l i t e - t o - s a t e l l i t ep a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o na n dt r a c k i n g 、i t ho b s e r v a t i o n s f r o mt h es p a t i a l f r e q u e n c yd o m a i n s a t e l l i t em o t i o nm o d e l i n gi st h et h e o r e t i cp r e m i s ei ns i n g l e - s a t e l l i t e - t o - - s a t e l l i t e p a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o na n dt r a c k i n gr e s e a r c h a f t e rd i f i n i n g t h ea p p r o p r i a t e c o o r d i n a t es y s t e ma n di n v e s t i g a t i n gt h ec o n c e m e do r b i tt h e o r y ，ad y n a m i c se q u a t i o n a n das t a t ep r e d i c t i o nf ge q u a t i o no fs a t e l l i t ew i t l lt h ef gs e r i e sb a s e do np r e c i s e m o d e l i n go ft w o - b o d ym o t i o na r ee s t a b l i s h e d ，w h i c hi sm o r ea c c u r a t et h a no t h e rs t a t e p r e d i c t i o ne q u a t i o n sb a s e do na p p r o x i m a t em o d e l i n go ft w o - b o d ym o t i o n t h e n ，t h e l i t e r a t u r ea st ot h eo b s e r v a b i l i t yo ft h e s i n g l e s a t e l l i t e - t o s a t e l l i t ep a s s i v e o r b i t d e t e r m i n a t i o ns y s t e mu s i n gb e a r i n g si n f o r m a t i o ni sr e v i e w e d ，a n dt h ec o n c l u s i o nt h a t t h es y s t e mi se n t i r e l yo b s e r v a b l ei si n t r o d u c e d t h es a t e l l i t em o t i o nm o d e l i n ga n dt h e c o n c l u s i o no fs y s t e mo b s e r v a b i l i t ya r et h e o r e t i c a lb a s e so ff o l l o w i n gr e s e a r c h t h eb e a r i n g s - o n l ym e t h o da n dt h eb e a r i n g s - - f r e q u e n c yc o m b i n a t i o nm e t h o do ft h e s i n g l e - s a t e l l i t e - t o - - s a t e l l i t ep a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o na n dt r a c k i n ga r ei n v e s t i g a t e d s u c c e s s i v e l y f i r s t l y ，t h es i n g l e s a t e l l i t e t o - s a t e l l i t ep a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o ns y s t e m i sm o d e l e db a s e do nt h es a t e l l i t es t a t ep r e d i c t i o ne q u a t i o ne s t a b l i s h e da b o v e ，a n da n o v e lb e a r i n g s - o n l yp a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o na n dt r a c k i n gm e t h o di s p r o p o s e d s u b s e q u e n t l y ，t h ef r e q u e n c yi si n t r o d u c e di n t ot h eo b s e r v a t i o ni n f o r m a t i o ng r o u p ，a n da n o v e l s i n g l e - s a t e l l i t e - t o - s a t e l l i t eb e a r i n g s - - f r e q u e n c y c o m b i n a t i o n p a s s i v e o r b i t d e t e r m i n a t i o nm e t h o db a s e do na na c c u r a t es t a t ee q u a t i o ni sp r o p o s e d ，t h u st h ea c c u r a c y o fe s t i m a t i o na n dt h es p e e do fc o n v e r g e n c ea r ei m p r o v e dg r e a t l y c o m p a r e d 、析t 1 1t h e m e t h o d su s i n ga l la p p r o x i m a t es t a t ep r e d i c t i o ne q u a t i o nb a s e do nt a y l o rs e r i e s ，h i g h e r e s t i m a t i o na c c u r a c ya n df a s t e rc o n v e r g e n c ea r eo b t a i n e du s i n gt h eb o t l ln o v e lm e t h o d s ， d u et ot h em o r ea c c u r a t es a t e l l i t em o t i o nm o d e l ，w h i l et h ec o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t yi s 第3 页 国防科学技术大学研究生院博+ 学位论文 c o m p a r a b l e an o v e ls i n g l e s a t e l l i t e - t o s a t e l l i t ep a s s i v er a n g i n ga n do r b i td e t e r m i n a t i o nm e t h o d i si n v e s t i g a t e db a s e do nt h ep a r t i c l ek i n e m a t i c st h e o r y a i m e da tt h ec h a r a c t e r i s t i c so f s i n g l e s a t e l l i t e t o - s a t e l l i t ep a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o n , ap a s s i v er a n g i n ge q u a t i o na n d i t ss o l u t i o na r ed e r i v e d ，t h u s ，t h es i n g l e - s a t e l l i t e - t o s a t e l l i t ep a s s i v er a n g i n gi sa c h i e v e d n e x t ，c o m b i n e dw i t ht h er a n g i n go r t h o g o n a ld e c o m p o s i t i o nm e a s u r e m e n tm o d e l ，a n o v e ls i n g l e - s a t e l l i t e - t o s a t e l l i t ep a s s i v er a n g i n ga n do r b i td e t e r m i n a t i o nm e t h o db a s e d o nk i n e m a t i c si sp r o p o s e d ，b yw h i c hf a s tl o c a t i o nc a nb ea c h i e v e d f u r t h e r m o r e ，b y u t i l i z i n gt h er a d i a lv e l o c i t ya so b s e r v a t i o ni n f o r m a t i o nf o rr e c u r s i v ef i l t e r i n gd i r e c t l y ， a n o t h e rn o v e ls i n g l e - s a t e l l i t e - t o s a t e l l i t e p a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o na n dt r a c k i n g m e t h o di sp r o p o s e d ，w h i c hi sb a s e do nt h er a d i a lm o t i o nm e a s u r e m e n t si n f o r m a t i o n u s i n gt h i sn o v e lm e t h o d ，g r e a tf a s tc o n v e r g e n c ea n dh i 【g ha c c u r a c ya r eo b t a i n e d ，a n d f a s ta n da c c u r a t eo r b i td e t e r m i n a t i o nc a nb ea l s oa c h i e v e d t h e n ，c o n s i d e r i n gt h en o n l i n e a rn a t u r eo ft h es i n g l e - s a t e l l i t e - t o s a t e l l i t ep a s s i v e o r b i td e t e r m i n a t i o na n dt h ei m p o r t a n tr o l eo ft h er e c u r s i v ef i l t e r i n ga l g o r i t h mi no r b i t d e t e r m i n a t i o n ，t h en o n l i n e a rf i l t e r i n gi si n v e s t i g a t e da l s o t h ep e r f o r m a n c ea n dp o t e n t i a l d r a w b a c k so ft h ee i ( e x t e n d e dk a l m a nf i l t e r i n g ) a l g o r i t h ma n di t su p g r a d e sa r e d i s c u s s e df r o mt h ep e r s p e c t i v eo fa n a l y t i c a la p p r o x i m a t i o nt on o n l i n e a rf u n c t i o n s t o r e m e d yi t sd r a w b a c k s ，t h ed d f ( d i v i d e dd i f f e r e n c ef i l t e r i n g ) a l g o r i t h m sb a s e do n p o l y n o m i a la p p r o x i m a t i o na c c o r d i n gt os t i r l i n gi n t e r p o l a t i o na r ef u l l yi n v e s t i g a t e d d u e t ot h ec h a r a c t e ro ft h ea d d i t i v en o i s ei nt h e s i n g l e s a t e l l i t e t o s a t e l l i t ep a s s i v eo r b i t d e t e r m i n a t i o n ，as i m p l i f i e dd d f ( s d d f ) i sp r o p o s e dt or e d u c et h ec o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t yo ft h es t a n d a r dd d f i ti sm o r es u i t a b l ef o rr e a l t i m ea p p l i c a t i o n i nv i e wo f t h ew e a ko b s e r v a b i l i t ya n dt h el a r g eo b s e r v a t i o ne r r o ro fas i n g l e s a t e l l i t e t o s a t e l l i t e p a s s i v eo r b i td e t e r m i n a t i o ns y s t e m ，a ni t e r a t e dd d f ( i d d f ) i sp r o p o s e db yc o m b i n i n g t h em a x i m u ml i k e l i h o o dp r o b a b i l i t yi t e r a t e dm e a n sw i t ht h ed d f s i n c et h el i k e l i h o o d p r o b a b i l i t yi sa l w a y si n c r e a s e di nt h ei t e r a t e dp r o c e s s ，i d d fi sm o r er o b u s tt h a nt h e s t a n d a r dd d f ，w h i l ei t st r a c k i n ga c c u r a c ya n dc o n v e r g e n c es p e e da r ei m p r o v e d w i t ht h eo b s e r v a t i o ni n f o r m a t i o no ft h es p a t i a l f r e q u e n c yd o m a i n ，s o m ec r u c i a l t h e o r e t i c a lp r o b l e m sa n dt e c h n o l o g i c a li s s u e si nt h es i n g l e s a t e l l i t e t o s a t e l l i t ep a s s i v e o r b i td e t e r m i n a t i o na n dt r a c k i n ga r ei n v e s t i g a t e ds y s t e m i c a l l yi nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a n d ， t h es o l u t i o n s m e t h o d sa n dc o n c l u s i o n sa r ep u tf o r w a r dc o r r e s p o n d i n g l y t h e s er e s e a r c h f i n g d i n g sa r ev e r ys i g n i f i c a n ti nb o t ht h e o r ya n de n g i n e e r i n g k e yw o r d s ：p a s s i v el o c a t i o n ，s a t e l l i t eo r b i td e t e r m i n a t i o n ，s i n g l eo b s e r v e r ， p a r t i c l ek i n e m a t i c s ，p a s s i v er a n g i n g 。b e a r i n g s o n l y ，b e a r i n g sa n df r e q u e n c y ， d i v i d e dd i f f e r e n c ef i l t e d n g ，r a d i a lv e l o c i t y ，c e n t r i f u g a la c c e l e r a t i o n 第4 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 表 表 表 表 表3 5 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表5 1 表5 2 表5 3 表6 1 表6 2 表6 3 表6 4 表目录 目标卫星和观测卫星轨道根数设置5 3 只测角条件下不同定轨方法仿真结果评价指标对比5 6 只测角条件下不同角度观测误差仿真结果评价指标对比5 8 只测角条件下不同初始状态误差仿真结果评价指标对比5 9 只测角条件下不同滤波周期仿真结果评价指标对比6 1 联合测角与测频条件下不同定轨方法仿真结果评价指标对比7 7 联合测角与测频条件下不同角度观测误差仿真结果评价指标对比7 8 联合测角与测频条件下不同频率观测误差仿真结果评价指标对比。8 0 联合测角与测频条件下不同初始状态误差仿真结果评价指标对比。8 1 联合测角与测频条件下不同滤波周期仿真结果评价指标对比8 3 k r 、b o 和b c r 定轨方法仿真结果评价指标对比1 0 1 r m 、k r 、b o 和c m 定轨方法仿真结果评价指标对比( 场景1 ) 1 0 8 r m 、k r 、b o 和c m 定轨方法仿真结果评价指标对比( 场景2 ) 1 0 9 e k f 、d d f 和s d d f 算法仿真结果评价指标对比( 场景1 ) 1 2 9 e k f 、d d f 和s d d f 算法仿真结果评价指标对比( 场景2 ) 1 3 0 e k f 、d d f 、s d d f 和i d d f 算法仿真结果评价指标对比( 1 m r a d ) 1 3 6 e k f 、d d f 、s d d f 和i d d f 算法仿真结果评价指标对比( 2 m r a d ) 1 3 7 第v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 图1 1 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图 图 图 图 9 l o 1 1 1 2 图3 1 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图5 1 图5 2 图目录 论文框架与主要内容。1 6 j 2 0 0 0 0 地心惯性坐标系与卫星站心测量坐标系2 0 j 2 0 0 0 0 地心惯性坐标系与卫星站心参考坐标系21 三维空间中卫星轨道2 4 二维平面中卫星轨道。2 5 单星对星无源定轨空间几何关系。4 2 s t k 6 0 仿真星历的m a t l a b 显示5 3 仿真时长( 3 0 0 0 s ) 内观测卫星和目标卫星轨迹5 5 只测角条件下不同定轨方法的目标卫星轨迹跟踪( 场景1 ) 5 5 只测角条件下不同定轨方法的定轨跟踪误差曲线比较( 场景1 ) 5 5 只测角条件下不同定轨方法的目标卫星轨迹跟踪( 场景2 ) 5 6 只测角条件下不同定轨方法的定轨跟踪误差曲线比较( 场景2 ) 5 6 只测角条件下不同角度观测误差的目标卫星轨迹跟踪。5 7 只测角条件下不同角度观测误差的定轨跟踪误差曲线比较。5 7 只测角条件下不同初始状态误差的目标卫星轨迹跟踪5 9 只测角条件下不同初始状态误差的定轨跟踪误差曲线比较5 9 只测角条件下不同滤波周期的目标卫星轨迹跟踪6 0 只测角条件下不同滤波周期的定轨跟踪误差曲线比较6 1 联合测角与测频条件下不同定轨方法的目标卫星轨迹跟踪( 场景1 ) 7 5 联合测角与测频条件下不同定轨方法的定轨跟踪误差曲线比较( 场景1 ) 7 6 联合测角与测频条件下不同定轨方法的目标卫星轨迹跟踪( 场景2 ) 7 6 联合测角与测频条件下不同定轨方法的定轨跟踪误差曲线比较( 场景2 ) 7 7 联合测角与测频条件下不同角度观测误差的目标卫星轨迹跟踪7 8 联合测角与测频条件下不同角度观测误差的定轨跟踪误差曲线比较7 8 联合测角与测频条件下不同频率观测误差的目标卫星轨迹跟踪。7 9 联合测角与测频条件下不同频率观测误差的定轨跟踪误差曲线比较。8 0 联合测角与测频条件下不同初始状态误差的目标卫星轨迹跟踪。8 1 联合测角与测频条件下不同初始状态误差的定轨跟踪误差曲线比较8 1 联合测角与测频条件下不同滤波周期的目标卫星轨迹跟踪8 2 联合测角与测频条件下不同滤波周期的定轨跟踪误差曲线比较8 2 观测器与目标相对运动示意图。8 6 s t k 6 0 仿真星历的m a t l a b 显示9 8 第v i i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 图5 3仿真时长( 3 0 0 0 s ) 内观测卫星和目标卫星轨迹9 8 图5 4 层次聚类法求目标轨道平面( 前6 个时刻) 9 9 图5 5 测距结果与距离真值对比1 0 0 图5 6k r 、b o 和b c r 定轨方法的目标卫星轨迹跟踪1 0 0 图5 7k r 、b o 和b c r 定轨方法的定轨跟踪误差曲线比较1 0 1 图5 8s t k 6 0 仿真星历的m a t l a b 显示( 场景2 ) 一10 6 图5 9 仿真时长( 3 0 0 0 s ) 内观测卫星和目标卫星轨迹( 场景2 ) 1 0 7 图5 1 0r m 、k r 、b o 和c m 定轨方法的目标卫星轨迹跟踪( 场景1 ) 1 0 7 图5 1 1r m 、k r 、b o 和c m 定轨方法的定轨跟踪误差曲线比较( 场景1 ) 1 0 8 图5 1 2r m 、己、b o 和c m 定轨方法的目标卫星轨迹跟踪( 场景2 ) 1 0 8 图5 1 3r m 、k r 、b o 和c m 定轨方法的定轨跟踪误差曲线比较( 场景2 ) 1 0 9 图6 1s t k 6 0 仿真星历的m a t l a b 显示。1 2 8 图6 2 仿真时长( 3 0 0 0 s ) 内观测卫星和目标卫星轨迹1 2 8 图6 3e k f 、d d f 和s d d f 算法目标卫星轨迹跟踪( 场景1 ) 1 2 9 图6 4e k f 、d d f 和s d d f 算法定轨跟踪误差曲线比较( 场景1 ) 1 2 9 图6 5e k f 、d d f 和s d d f 算法目标卫星轨迹跟踪( 场景2 ) 1 3 0 图6 6e k f 、d d f 和s d d f 算法定轨跟踪误差曲线比较( 场景2 ) 1 3 0 图6 7i d d f 算法目标卫星轨迹跟踪( 1n u a d ) 13 6 图6 8e k f 、d d f 、s d d f 和i d d f 算法定轨跟踪误差曲线比较( 1 m r a d ) 1 3 6 图6 9e k f 、d d f 、s d d f 和i d d f 算法目标卫星轨迹跟踪( 2 m r a d ) 1 3 7 图6 1 0e k f 、d d f 、s d d f 和i d d f 算法定轨跟踪误差曲线比较( 2 m r a d ) 。1 3 7 第v i i i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 缩略词 缩略词英文全称中文全称 b o b e a r i n g s - o n l y只测角 k f k a l m a nf i l t e r i n g 卡尔曼滤波 e k fe x t e n d e dk a l m a nf i l t e r i n g 扩展卡尔曼滤波 d d fd i v i d e dd i f f e r e n c ef i l t e r i n g 差分滤波 s s n s p a c es u r v e i l l a n c en e t w o r k空间监视网 g e o d s sg r o u n d - - b a s e d e l e c t r o - o p t i c a ld e e p地基光电深空监视系统 s p a c es u r v e i l l a n c e m s x m i d c o u r s es p a c ee x p e r i m e n t 中段空间实验 s b s s s p a c eb a s e ds p a c es u r v e i l l a n c e 天基空间监视系统 o d s io r b i td e e ps p a c ei m a g e r 轨道深空成像系统 s b i r s s p a c eb a s e di n f r a r e ds y s t e m天基红外预警系统 l e ol o we a r t h0 r b i t 低地球轨道 g e o g e o s y n c h r o n o u se a r t ho r b i t地球同步卫星轨道 s b v s p a c eb a s e dv i s i b l e天基可见光相机 x s s e x p e r i m e n ts a t e l l i t es y s t e m试验卫星系统 s s s s p a c es u r v e i l l a n c es y s t e m空间目标监系统 p r s sp a s s i v er a n g i n gs u b s y s t e m 无源测距分系统 i d d f i t e r a t e dd i v i d e dd i f f e r e n c ef i l t e r i n g 迭代差分滤波算法 s d d f s i m p l i f i e dd i v i d e dd i f f e r e n c ef i l t e r i n g简化差分滤波算法 s o p l a t s i n g l eo b s e r v e rp a s s i v el o c a t i o na n d单站无源定位与跟踪 t r a c k i n g l b i l o n gb a s e l i n ei n t e r o m e t e r长基线干涉仪 t d o at i m ed i f f e r e n c e so fa r r i v a l 到达时间差 p l a tp a s s i v el o c a t i o na n dt r a c k i n g 无源定位与跟踪 t m a t a r g e tm o t i o na n a l y s i s目标运动分析 f m f r e q u e n c ym e t h o d( 多普勒) 频率法 c mc o m b i n e dm e t h o d ( 角度一频率) 联合法 p l f p s e u d ol i n e a rf i l t e r i n g 伪线性滤波 m p c e k fm o d i f i e dp o l a rc o o r d i n a t e se l 让 修正极坐标扩展卡尔曼滤波 m g e k fm o d i f i e dg a i ne k f 修正增益的扩展卡尔曼滤波 第5 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 r v e k fr o t a t e dc o v a r i a n c ee k f 旋转协方差矩阵扩展卡尔曼 滤波 m v e k fm o d i f i e dc o v a r i a n c ee k f 修正协方差扩展卡尔曼滤波 u k fu n s c e n t e dk f 无迹卡尔曼滤波 p fp a r t i c l ef i l t e r i n g 粒子滤波 s m c s e q u e n t i a lm o n t ec a r l o序贯蒙特卡洛 c i sc o n v e n t i o n a li n e r t i a ls y s t e m 协议惯性坐标系 e c ie a r t hc e n t e ri n e r t i a l 地心惯性坐标系 p d f p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n 概率密度函数 i e k fi t e r a t e de x t e n d e dk a l m a nf i l t e r 迭代扩展卡尔曼滤波 s i s s e q u e n t i a li m p o r t a n c es a m p l i n g序贯重要采样 c r l bc r a m e r r a ol o w e rb o u n d 克拉美一罗下限 第6 页 独创性说明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或者其他 教育机构的学位或证书而是用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文作了明确的说明并表示谢意 学位论文题目： 基王窒频堡信息数整星越星玉逐定塾皇盟跬羞毽筮苤班塞 学位论文作者鼢里耻魄吁堋角 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阅和借阕；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、索引或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题目：基王窒麴缱焦显笪望星过星玉选定塾皇堡跬差毽撞苤硒塞 学位论文作者签名：鬈丝孳日期：知吁年弓月乡护日 作者指导教师签名：乏兰幺孥l日期少于年岁影眇日 、 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第一章绪论弟一早三百v 匕 1 1 概述 随着电子信息技术与航空航天技术的飞速发展，人类已经进入了信息时代和 太空时代。信息技术和航空航天技术不仅对人们的工作和生活产生了影响，而且 对战争形态的变化产生了直接的作用。未来战争的方式将发生巨大的变化，作战 空间正在逐渐从陆、海、空三维空间向陆、海、空、天、信息五维空间演变。海 湾战争、科索沃战争、阿富汗战争和最近的伊拉克战争中展示出来的空间信息系 统对战争天平的巨大影响力l l 吲，已经预告了