实时射电高精度天文导航技术研究

论文摘要

天文导航的观测目标是无法毁灭的永恒天体,具备隐蔽性好,安全可靠,生命力强等战术优越性,因此备受各国海军重视。特别是战争时期,在敌方实施强力无线电干扰时,启用天文导航,对于保证舰船发挥战斗优势,无疑具有着深远的意义。传统天文导航的致命弱点是受天气因素影响较大,稍有云雾遮蔽星光,就无法实现导航功能,严重地妨碍了天文导航的全天候、全时域的使用。就目前来看,仅仅依靠可见光天文导航是无法满足使命的。因此,大力发展基于射电技术的天文导航势在必行,本课题就是在这个背景下提出的。本文结合天文导航发展历史和现状,提出了一种基于射电技术的自动天文导航方案。此方法的提出,对于拓宽天文导航的应用频谱范围和使用空域有着重要的意义,可保证在全时域、全天候、高精度、不受干扰完全自主的进行舰船导航。本论文首先对射电天文导航技术的背景和所要进行的相关研究工作进行了描述;其次引入了射电波的概念,对射电波的物理特性及观测射电波的器材——射电望远镜进行了阐述;接着论文结合天文导航的基本原理,建立了一种基于射电天文学的天文导航方案,该方法依据系统提供的时间进行当前导航星预报,再根据预报结果用射电望远镜对天体射电信号进行采集,处理后得到星体图像,用测角装置采集天体高度角、方位角等信息后进行船位计算;在船位计算中,采用了一种精度较高的直接计算法,并进行了滤波处理;最后,论文对该导航方法的精度进行了分析,并对影响精度的主要误差源如轴系与编码器、蒙气差等进行处理,建立了这些误差的修正模型,进行仿真后证明起到了很好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 天文导航的战略地位
• 1.2 发展射电天文导航的必要性
• 1.3 国内外天文导航技术的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 射电天文与天文导航
• 2.1 射电波及其物理特性
• 2.1.1 电磁波
• 2.1.2 射电波
• 2.1.3 射电波的传播特性
• 2.2 射电望远镜
• 2.2.1 射电望远镜的组成
• 2.2.2 射电望远镜的重要指标
• 2.3 天文导航
• 2.3.1 天文三角形
• 2.3.2 天文定位方法
• 2.3.3 天文定向方法
• 2.3.4 天文定姿方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 射电天文导航方法设计
• 3.1 射电天文导航方法综述
• 3.2 导航星体预报
• 3.2.1 恒星视位置的数学模型
• 3.2.2 行星视位置的数学模型
• 3.2.3 太阳视位置的数学模型
• 3.2.4 月亮视位置的数学模型
• 3.3 射电波的信号处理
• 3.3.1 射电波的采集方法
• 3.3.2 射电波的干涉测量
• 3.3.3 射电观测的基本噪声
• 3.3.4 空间滤波
• 3.3.5 射电波的成像
• 3.4 测角传感系统
• 3.4.1 系统的构成
• 3.4.2 系统的测量原理
• 3.4.3 系统的测量方法
• 3.4.4 角度的数字信号处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 船位计算和滤波处理
• 4.1 直接计算法求船位
• 4.2 卡尔曼滤波数据处理
• 4.2.1 卡尔曼滤波方程
• 4.2.2 系统状态方程的建立
• 4.2.3 系统观测方程的建立
• 4.3 仿真计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 射电天文导航方法的精度分析与修正计算
• 5.1 射电望远镜轴系误差与测角编码器误差分析
• 5.1.1 轴系误差分析
• 5.1.2 编码器误差分析
• 5.2 轴系误差与编码器误差的补偿技术
• 5.2.1 静态指向误差
• 5.2.2 基本参数修正模型
• 5.2.3 球函数修正模型
• 5.2.4 射电望远镜静态指向误差修正模型比较
• 5.3 蒙气差的修正计算
• 5.3.1 大气蒙气差
• 5.3.2 大气对射电波折射率的计算
• 5.3.3 蒙气差的修正
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录