空間軌跡測量融合處理與精度分析

空間軌跡測量融合處理與精度分析

作者：劉利生 郭軍海 劉元 張艷 余浩章 著

定價(jià)：138元

印次：1-1

ISBN：9787302381877

出版日期：2014.09.01

印刷日期：2014.12.04

出版社：清華大學(xué)出版社

第1章緒論

1.1空間軌跡測量

1.1.1空間軌跡測量的作用和地位

1.1.2空間軌跡測量精度分析

1.1.3空間軌跡測量融合處理技術(shù)

1.2測量誤差與誤差源

1.2.1測量與分類

1.2.2測量誤差與分類

1.2.3外彈道測量的誤差源

第2章測量精度分析原理及方法

2.1外彈道測量精度的主要影響因素

2.1.1飛行試驗(yàn)彈道

2.1.2外彈道測量體制

2.1.3測量元素的誤差

2.1.4布站設(shè)計(jì)與測量幾何

2.1.5彈道參數(shù)解算方法

2.1.6總誤差和綜合因素

2.2外測體制分類

2.2.1測角體制

2.2.2測距測角體制

2.2.3測距體制

2.2.4距離及距離差體制

2.2.5距離和測量體制

2.3測量誤差傳播的精度估算方法

2.3.1測量誤差傳播原理

2.3.2外彈道測量誤差傳播的理論公式

2.4測量精度的仿真估計(jì)方法

2.4.1測量量仿真模擬

2.4.2彈道參數(shù)的解算

2.4.3測量精度仿真估算方法的步驟

第3章單一測量體制解算彈道方法

3.1nAE體制解算彈道方法

3.1.1“L”、“K”和“M”公式

3.1.2方向余弦法

3.1.3最小二乘估計(jì)法

3.1.4遞推最小二乘估計(jì)方法

3.1.5彈道速度和加速度解算方法

3.2RAE體制解算彈道方法

3.2.1單站測量彈道位置參數(shù)解算方法

3.2.2多站交會測量彈道位置參數(shù)解算方法

3.2.3速度和加速度參數(shù)解算方法

3.2.4其他參數(shù)計(jì)算方法

3.3nRR·體制解算彈道方法

3.3.13RR·測元解算彈道方法

3.3.2多RR·測元解算彈道方法

3.4干涉儀體制解算方法

3.4.1測量方程

3.4.2最小二乘估計(jì)方法1

3.4.3最小二乘估計(jì)方法2

3.5RAE和3R·體制解算彈道方法

3.6RAE和R·、P·、Q·體制解算彈道方法

3.7多站S、S·體制解算彈道方法

第4章單一測量體制解算彈道精度分析

4.1nAE體制測量精度分析

4.1.1位置參數(shù)測量精度分析

4.1.2速度參數(shù)測量精度分析

4.2RAE體制測量精度分析

4.2.1位置參數(shù)測量精度分析

4.2.2速度參數(shù)測量精度分析

4.3nRR·測量體制測量精度分析

4.3.1位置參數(shù)測量精度分析

4.3.2速度參數(shù)測量精度分析

4.4RAE和3R·體制測量精度分析

4.4.1彈道位置參數(shù)精度分析

4.4.2彈道速度參數(shù)精度分析

4.5干涉儀測量體制測量精度分析

4.5.1位置參數(shù)測量精度分析

4.5.2速度參數(shù)測量精度分析

第5章聯(lián)合測量解算彈道方法

5.1兩套干涉儀聯(lián)測解算彈道方法

5.1.1最小二乘估計(jì)方法

5.1.2遞推最小二乘估計(jì)方法

5.2單套干涉儀與多站連續(xù)波系統(tǒng)聯(lián)測解算彈道方法

5.2.1最小二乘估計(jì)方法

5.2.2遞推最小二乘估計(jì)方法

5.3多套連續(xù)波系統(tǒng)聯(lián)測解算彈道方法

5.4RAE與nS·測量體制聯(lián)測解算彈道方法

5.5n1RR·和n2S·測量體制聯(lián)測解算彈道方法

5.5.1測量方程

5.5.2最小二乘估計(jì)——非線性化方法

5.5.3最小二乘估計(jì)——線性化方法

5.5.4遞推最小二乘估計(jì)

第6章聯(lián)合測量解算彈道精度分析

6.1兩套干涉儀聯(lián)測精度分析

6.1.1彈道位置參數(shù)測量精度分析

6.1.2彈道速度參數(shù)測量精度分析

6.2單套干涉儀與多站連續(xù)波系統(tǒng)聯(lián)測精度分析

6.2.1彈道位置參數(shù)測量精度分析

6.2.2彈道速度參數(shù)測量精度分析

6.3兩套干涉儀和兩套多站連續(xù)波系統(tǒng)聯(lián)測精度分析

6.3.1彈道位置參數(shù)測量精度分析

6.3.2彈道速度參數(shù)向量測量精度分析

6.4RAE與nS·測量體制聯(lián)測精度分析

6.4.1彈道位置參數(shù)精度分析

6.4.2彈道速度參數(shù)精度分析

6.5n1RR· 和n2S·測量體制聯(lián)測精度分析

6.5.1彈道位置參數(shù)精度分析

6.5.2彈道速度參數(shù)精度分析

第7章彈道測量融合處理方法

7.1樣條多項(xiàng)式

7.1.1彈道運(yùn)動(dòng)的多項(xiàng)式描述方法

7.1.2B樣條函數(shù)

7.2彈道樣條約束表示及解算方法

7.2.1彈道參數(shù)的樣條函數(shù)表示

7.2.2樣條系數(shù)向量解算方法

7.3常用測量體制的彈道樣條約束解算方法

7.3.1RAE測量體制解算彈道方法

7.3.2nS·測速體制解算彈道方法

7.3.3nRR·測量體制解算彈道方法

7.3.4多種測量體制解算彈道方法

7.4彈道樣條約束的EMBET方法

7.4.1EMBET自校準(zhǔn)技術(shù)

7.4.2彈道樣條約束的EMBET方法

7.5常用測量體制的自校準(zhǔn)方法

7.5.1RAE測量體制的自校準(zhǔn)方法

7.5.2nS·測量體制的自校準(zhǔn)方法

7.5.3nRR·測量體制的自校準(zhǔn)方法

第8章彈道測量融合處理方法精度分析

8.1單一測量體制測量精度分析

8.1.1RAE測量體制精度分析

8.1.2nS·測量體制精度分析

8.1.3nRR·測量體制精度分析

8.2聯(lián)合測量精度分析

8.2.1單脈沖雷達(dá)與nS·測速系統(tǒng)聯(lián)測精度分析

8.2.2n1RR·測量系統(tǒng)與n2S·測速系統(tǒng)聯(lián)測精度分析

第9章航天器軌道確定方法

9.1開普勒定律與軌道根數(shù)

9.1.1開普勒定律和二體運(yùn)動(dòng)

9.1.2軌道要素的確定

9.1.3無攝運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程和軌道根數(shù)

9.1.4二體問題航天器軌跡計(jì)算

9.2初始軌道確定方法

9.2.1狀態(tài)向量計(jì)算軌道根數(shù)的方法

9.2.2測元RAE計(jì)算初軌方法

9.3軌道確定方法

9.3.1二體運(yùn)動(dòng)的軌道運(yùn)動(dòng)方程

9.3.2非遞推處理軌道計(jì)算方法

9.3.3遞推處理軌道計(jì)算方法

9.3.4軌道受攝運(yùn)動(dòng)方程

9.3.5測元RAE確定軌道的解析表示式

9.3.6測元RR·確定軌道的解析表示式

9.3.7測元RAER·確定軌道的解析表示式

第10章軌道確定方法的精度分析

10.1RAE測量體制的精度分析

10.1.1軌道狀態(tài)參數(shù)向量0精度分析

10.1.2軌道狀態(tài)參數(shù)向量j精度分析

10.1.3軌道根數(shù)向量精度分析

10.2RAER·測量體制的精度分析

10.2.1軌道狀態(tài)參數(shù)向量0精度分析

10.2.2軌道狀態(tài)參數(shù)向量j精度分析

10.2.3軌道根數(shù)向量精度分析

10.3nRR·測量體制的測量精度分析

10.3.1軌道狀態(tài)參數(shù)向量0精度分析

10.3.2軌道其他狀態(tài)參數(shù)向量精度分析

附錄A常用的地球和天球坐標(biāo)系

A.1天體與大地測量基本知識

A.1.1天體知識

A.1.2大地測量知識

A.2常用地球和天球坐標(biāo)系

A.2.1地球坐標(biāo)系

A.2.2天球坐標(biāo)系

A.2.3坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

A.2.4坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的新方法

附錄B線性模型的參數(shù)估計(jì)

B.1高斯估計(jì)

B.2馬爾可夫估計(jì)

B.3遞推最小二乘估計(jì)

B.4逐步回歸最小二乘估計(jì)

B.5線性約束最小二乘估計(jì)

B.5.1線性約束的高斯估計(jì)

B.5.2線性約束的馬爾可夫估計(jì)

B.6非線性最小二乘估計(jì)

B.6.1模型線性化方法

B.6.2改進(jìn)的GN迭代法

名詞索引

參考文獻(xiàn)2100433B

本書系統(tǒng)地論述了導(dǎo)彈和航天器空間軌跡測量融合數(shù)據(jù)處理與精度分析技術(shù)的基本原理。主要內(nèi)容包括：導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭飛行試驗(yàn)時(shí)各種外測體制測量和解算彈道參數(shù)的方法和公式，以及外彈道測量精度分析的原理、方法和公式；航天器軌道運(yùn)行時(shí)測軌系統(tǒng)測量和確定軌道參數(shù)的方法、公式，以及相應(yīng)的軌道測量精度的分析方法和公式。特別是詳細(xì)地闡述了對導(dǎo)彈和航天器在空域和時(shí)域上多信息測量源融合處理的技術(shù)和方法，推導(dǎo)了不同測量體制應(yīng)用多種數(shù)學(xué)建模形式得到靈活多變的融合處理解算方法和表示式，以及對應(yīng)的測量精度分析方法和公式。 本書可供從事導(dǎo)彈和航天測控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、精度評定、數(shù)據(jù)處理工作及相關(guān)專業(yè)的科研人員以及高等院校的高年級本科生、研究生和教師閱讀。

空間軌跡測量的范圍和內(nèi)容是非常寬廣的，這里指導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭的外彈道測量和航天器的軌道測量。外彈道測量是由天、地基的光學(xué)和無線電外測系統(tǒng)跟蹤導(dǎo)彈或運(yùn)載火箭飛行彈道所獲取的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后提供其彈道參數(shù)(軌跡)的過程，為導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭的技術(shù)性能和精度評定及改進(jìn)，為安全控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供安全信息，為航天器系統(tǒng)提供運(yùn)載火箭入軌參數(shù)等使用。軌道測量是由天、地基無線電測軌系統(tǒng)，跟蹤航天器(人造地球衛(wèi)星、航天飛船等)運(yùn)行軌道所獲取的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后提供航天器在空間運(yùn)行的精確軌道(根數(shù)、狀態(tài))并預(yù)報(bào)未來軌道的過程，保障航天器運(yùn)行時(shí)的軌道安全控制、確保其按正常姿態(tài)和預(yù)定軌道運(yùn)行及返回，使航天系統(tǒng)完成規(guī)定的航天任務(wù)等。因此，外彈道測量和軌道測量是導(dǎo)彈和航天器飛行試驗(yàn)工程中不可或缺的重要組成部分，對于保障完成它們的發(fā)射試驗(yàn)任務(wù)、促進(jìn)其技術(shù)水平提高和發(fā)展具有重要作用。

隨著導(dǎo)彈和航天器技術(shù)發(fā)展的需要，各種用途和類型的導(dǎo)彈、航天器越來越多，其試驗(yàn)的內(nèi)容越來越豐富，對彈道和軌道的測量要求越來越高，這也大大增加了外彈道測量和軌道測量技術(shù)的難度和復(fù)雜性。為此，除了要求進(jìn)一步地提高和發(fā)展外彈道測量和軌道測量的技術(shù)水平外，還必須不斷地提高和改進(jìn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)水平，才能滿足新的試驗(yàn)任務(wù)的要求。近幾十年來，試驗(yàn)發(fā)射場在逐步完成建立相應(yīng)測控網(wǎng)的基礎(chǔ)上，積極地開展和應(yīng)用融合數(shù)據(jù)處理技術(shù)和方法。在空域和時(shí)域上充分地融合了多信息源的測量數(shù)據(jù)，巧妙地利用數(shù)學(xué)建模技術(shù)和統(tǒng)計(jì)估計(jì)理論，對于自校準(zhǔn)測量系統(tǒng)誤差和精確地估算外彈道、軌道方法做了積極有效的嘗試。特別是在一些遠(yuǎn)程洲際導(dǎo)彈試驗(yàn)中，應(yīng)用了B樣條函數(shù)擬合彈道參數(shù)的樣條約束“EMBET”自校準(zhǔn)技術(shù)，大大地濃縮待估計(jì)參數(shù)的個(gè)數(shù)，有效地增加了測量數(shù)據(jù)的冗余度，顯著地提高所解算彈道參數(shù)的精度和可信度，對于保障遠(yuǎn)程洲際導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)的精度評定和定型起到了積極的作用。

本書系統(tǒng)地總結(jié)了幾十年來外彈道測量和軌道測量融合數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，詳細(xì)地闡述了試驗(yàn)場各種測量體制及聯(lián)合測量的彈道和軌道解算方法，以及相應(yīng)的測量精度分析的理論估算方法。尤其是近幾年來作者對彈道樣條約束“EMBET”自校準(zhǔn)融合處理技術(shù)作了進(jìn)一步探討和研究，利用數(shù)學(xué)建模技術(shù)得到了不同測量體制靈活多變的融合處理的表示和解算方法，使融合處理技術(shù)能夠更好地為工程應(yīng)用服務(wù)； 并且相應(yīng)地推導(dǎo)了適用于外測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)工作的彈道測量精度理論估算的解析表達(dá)式，可以使人們方便地應(yīng)用彈道測量融合處理技術(shù)并指導(dǎo)總體設(shè)計(jì)工作。同樣地，本書對航天發(fā)射場測軌系統(tǒng)的不同測量體制建立了動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)出適用于軌道測量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理工作的軌道確定方法，以及相應(yīng)的測軌精度分析方法和表達(dá)式。

全書共分10章，第1章緒論，第2章測量精度分析原理及方法，第3章單一測量體制解算彈道方法，第4章單一測量體制解算彈道精度分析，第5章聯(lián)合測量解算彈道方法，第6章聯(lián)合測量解算彈道精度分析，第7章彈道測量融合處理方法，第8章彈道測量融合處理方法精度分析，第9章航天器軌道確定方法，第10章軌道確定方法的精度分析。其中，郭軍海研究員編寫了第4、5章，余浩章工程師編寫了第3章，劉元工程師編寫了第2、6章，張艷高級工程師編寫了第10章，劉利生研究員編寫了第1、7、8、9、10章，全書由劉利生統(tǒng)稿。

本書的編寫得到所在單位北京跟蹤與通信技術(shù)研究所的領(lǐng)導(dǎo)和機(jī)關(guān)的大力支持和幫助。錢衛(wèi)平、吳斌、董光亮和吳正容幾位研究員對本書的編寫和出版給予了極大的關(guān)心和支持，提出了許多具有指導(dǎo)意義的建議； 李波研究員、李巍高級工程師和孫威高級工程師除了積極支持和關(guān)心本書的編寫和出版外，還為編著人員創(chuàng)造了良好的環(huán)境； 陳凌暉、陳浩、石晟瑋、權(quán)思及、華煜明等同志為本書的編寫、打印和組織等做了大量煩瑣而有意義的工作。在此，對他們的辛勤勞動(dòng)和熱情幫助一并表示衷心的感謝。

編者本著專著的特點(diǎn)和要求，力求突出思想新穎、具有創(chuàng)新性的知識和內(nèi)容，以促進(jìn)空間軌跡測控專業(yè)技術(shù)水平的提高和發(fā)展。由于編者的理論和學(xué)術(shù)水平有限，書中難免有不妥或錯(cuò)誤之處，懇請廣大讀者批評指正。

作者

2014年8月

所謂“質(zhì)量”簡單的概括就是：事物（件）經(jīng)過一系列操作后所反映結(jié)果的表現(xiàn)。工程質(zhì)量包括的內(nèi)容很多，對于如何保證和提高施工質(zhì)量的措施和方法也是多方面的。但是唯一相同的是：過程操作與監(jiān)控是保證和提高施工質(zhì)量的根本所在。而在過程操作階段，工程測量起到了非常重要的作用，測量放線為工程施工提供依據(jù)。只有把測量誤差控制在規(guī)范允許的偏差范圍以內(nèi)，才能確保工程按圖施工，才能保證工程的施工質(zhì)量，為質(zhì)量檢查等工作提供方法和手段。因此，如果缺少測量，工程施工將無法進(jìn)行，施工質(zhì)量將無從談起。

測量精度指測量精確度和準(zhǔn)確度的總稱。在測量中，精度主要包括儀器的精度和數(shù)值的精度，我們討論最多的是數(shù)值的精度。儀器的精度由標(biāo)稱精度描述，如: 全站儀的測角、測邊精度，GPS 接收機(jī)的精度，激光掃描儀的精度和陀螺儀的精度等。它與儀器的分辨率、制造技術(shù)和工藝等有關(guān)。數(shù)值的精度又分相對精度和絕對精度。相對精度有兩種:一種是指觀測量的精度與該觀測量的比值，比值越小，相對精度越高，如邊長的相對精度; 另一種系指一點(diǎn)相對于另一點(diǎn)特別是鄰近點(diǎn)的精度。相對精度是與基準(zhǔn)無關(guān)的。絕對精度指一個(gè)觀測量相對于其真值的精度，或相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的精度。絕對精度與基準(zhǔn)有關(guān)，只能在相同基準(zhǔn)下進(jìn)行比較。在統(tǒng)計(jì)學(xué)的質(zhì)量控制術(shù)語中，精度被稱做“設(shè)計(jì)質(zhì)量”。

測量精度理論的發(fā)展是測量不確定度理論的出現(xiàn)。測量不確定度現(xiàn)論是1963 年由美國國家標(biāo)準(zhǔn)局( NBS )的埃森哈特( Eisenhart) 首先提出的，現(xiàn)已成為國際上表示測量結(jié)果及其不確定度的通行做法。測量不確定度的定義是：與測量結(jié)果相聯(lián)系的、表示被測量值分收性的參數(shù)。 2100433B

1、電壓電流基波測量： 0.5 級。

2、頻率偏差不大于：0.01Hz