基于天基观测网络的卫星光学定位研究
Research on Satellite Optical Positioning Based on Space-Based Observation Network
摘要: 对于空间高速运动目标比如导弹来说，通过天基网络对目标进行光学定位，可以很好地改善地基观测系统定位精度不高的问题。在本文的研究中先对单星的可观测性能进行了分析，然后基于天基观测系统中的双星目标几何定位得到目标的位置信息，再使用无迹卡尔曼滤波算法(UKF)对目标进行定位跟踪。从仿真结果分析可知，无迹卡尔曼滤波算法在对超高速运动的目标进行定位跟踪时有更高的稳定性和优越性，可使得对目标的定位误差达到100 m/1000 Km以下。
Abstract: For space high-speed moving targets such as missiles, optical positioning of targets through space-based network can well improve the problem of low positioning accuracy of ground-based observation system. In this paper, the observability of a single satellite is analyzed, and then the position information of the target is obtained based on the geometric positioning of the double satellite target in the space-based observation system, and then the unscented Kalman filter algorithm (UKF) is used to locate and track the target. The simulation results show that the unscented Kalman filter algorithm has higher stability and superiority in positioning and tracking the ultra-high-speed moving target, and the positioning error of the target can reach less than 100 m/1000 km.
文章引用：付豪, 付小宁. 基于天基观测网络的卫星光学定位研究[J]. 计算机科学与应用, 2021, 11(12): 2953-2970. https://doi.org/10.12677/CSA.2021.1112299

参考文献

[1] 王卫兵, 王挺峰, 郭劲. 基于星载光电成像跟踪测距的空间目标定轨[J]. 光学精密工程, 2015, 23(2): 528-539.
[2] 丁文哲, 张占月, 杨虹. 基于双星光学跟踪方式的目标定位精度分析[J]. 天文学报, 2017, 58(4): 11.
[3] 谢恺, 韩裕生, 薛模根, 等. 低轨红外预警星座无源定位精度分析[J]. 信号处理, 2008, 24(3): 6.
[4] 杨虹, 张占月, 丁文哲, 陈峰. 双星光学观测体系的目标定位误差分析[J]. 中国光学, 2016, 9(4): 11.
[5] 吴顺华, 辛勤, 万建伟. 一种单星对星仅测角无源定轨跟踪方法[J]. 系统仿真学报, 2009(12): 5.
[6] 吴顺华, 辛勤, 万建伟. 基于准确状态模型的单星对星测角和测频无源定轨方法[J]. 信号处理, 2009, 25(9): 1393-1398.
[7] 金烨, 郭鑫, 汪精华. 星载光学图像系统目标定位算法研究[J]. 兵工学报, 2010(S2): 3.
[8] 程甘志, 付小宁. 基于双因子加强的高超声速飞行器跟踪算法[J]. 动力系统与控制, 2020, 9(2): 18.
[9] 刘洪伟, 韩晓峰, 王金秀, 等. STK软件在卫星系统中的仿真应用[J]. 信息通信, 2016(11): 2.
[10] Sheng, W.D., Yang, X.U., Zhou, Y.Y., et al. (2011) Analysis of LOS Measurement Error for Space-Based Optical Sensor. Journal of Astronautics, 32, 129-135.
[11] Sheng, W. (2011) Analysis of Target Location Accuracy in Space-Based Optical-Sensor Network. Acta Optica Sinica.
[12] 段楠, 薛会民, 潘越. 用蒙特卡洛法计算可靠度时模拟次数的选择[J]. 煤矿机械, 2002(3): 2.
[13] 张宇, 夏鲁瑞, 蔡博宇. 基于无迹卡尔曼滤波的空间目标双星定位方法[J]. 上海航天(中英文), 2020, 37(1): 7.