تعیین موقعیت ماهواره بر اساس داده های ایستگاه زمینی

تومان40,000

توضیحات

چکيده

با گسترش روز افزون ماموریت ماهواره­ها در زمینه­های مختلف از قبیل نظامی، مخابراتی، تحقیقاتی، عکس­برداری، نقشه برداری، هواشناسی و … در سطح پیچیدگی و تکنولوژی مورد استفاده در ماهواره­ها نیز تغییرات عمده­ای حاصل شده است. هر ماهواره برای اجرای ماموریت هدف­گذاری شده آن، از زیرسیستم ­های مختلفی بهره می­گیرد که از جمله آن­ها می­توان به زیرسیستم تعیین موقعیت ماهواره اشاره کرد. به کمک این زیرسیستم می­توان موقعیت ماهواره را تعیین و در زمان­هایی که ماهواره در رویت ایستگاه­های زمینی قرار ندارد، موقعیت آن را پیش­بینی نمود. در این راستا روش­های مختلفی ارایه شده و مورد استفاده قرار گرفته­اند.

در این پایان­نامه هدف آن است که به کمک داده­های اندازه­گیری حاصل از ایستگاه­های زمینی حالت­های سیستم که شامل بردار مکان و بردار سرعت می­باشند، در لحظات بعدی پیش­بینی گردند. تخمین­گرهای مورد استفاده در این پایان­نامه از خانواده فیلتر کالمن می­باشند و به نویز حساس می­باشند بنابراین برای کم کردن اثر نویز بر سیستم و در نتیجه بالا بردن دقت تعیین موقعیت ماهواره از هموارسازها استفاده  می­گردد. این کار هنوز در بحث تعیین موقعیت ماهواره به‌کار برده نشده است.

در این پایان­نامه برای تخمین حالت­های سیستم در لحظات بعدی از فیلتر کالمن توسعه یافته و فیلتر کالمن خنثی استفاده می­شود و برای کم کردن خطای نویز بر حالت­های سیستم از هموارسازهای Two filter و RTS استفاده خواهد شد.

نوآوری این پروژه به این صورت است که در بحث تعیین موقعیت ماهواره به کمک داده­های ایستگاه زمینی، فیلترهای کالمن خنثی و کالمن توسعه یافته نسبت به نویز حساس هستند و برای کم کردن حساسیت این فیلترها نسبت به نویز از هموارسازها استفاده خواهد شد. به همین دلیل در جهت ارتقا دقت هر دو فیلتر EKF و UKF از هموارسازهای Two filter و RTS که مهم­ترین فیلترهای هموارسازی می­باشند، استفاده خواهد شد.

فصل 1: مقدمه 

1-1- مقدمه. 1

1-2- تاریخچه. 2

فصل 2: مفاهیم اصلی در پایان نامه 

2-1- مقدمه. 6

2-2- دستگاه های مختصاتی… 6

2-2-1- دستگاه مختصات ECI 7

2-2-2- دستگاه مختصاتECEF)) 8

2-2-3- دستگاه مختصاتی ناظر مرکز. 8

2-3- تبدیل دستگاه های مختصاتی به یکدیگر. 9

2-3-1- تبدیل دستگاه مختصاتی ECI به ECEF.. 12

2-4- زمان سیستم.. 15

2-5- پارامترهای مداری کلاسیک (C6) 16

2-6- انواع مدارهای حرکتی ماهواره. 17

2-6-1- مدار ( LEO) 18

2-6-2- مدار (MEO) 19

2-6-3- مدار (GEO) 19

2-6-4- مدار molnya. 20

2-7- داده های اندازه گیری… 21

2-7-1- ایستگاه زمینی لیزری… 22

2-7-2- ایستگاه زمینی راداری… 23

2-7-3- ایستگاه زمینی اپتیکی… 24

2-8- مسئله دو جسم.. 25

2-9- اغتشاشات وارد بر ماهواره. 27

2-9-1- اغتشاش درگ…. 27

2-9-2- نیروهای جاذبه سایر اجرام سماوی… 28

2-9-3- اثر پتانسیل گرانشی زمین… 29

فصل 3: تعیین موقعیت ماهواره بر اساس روش های کلاسیک   

3-1- مقدمه. 31

3-2- روش گیبس….. 32

3-3- نتایج شبیه سازی روش گیبس….. 36

3-4- روش هریک گیبس….. 38

3-5- نتایج شبیه سازی هریک گیبس….. 40

3-6- نتیجه گیری… 42

فصل 4: تعیین موقعیت ماهواره براساس روش های نوین  

4-1- مقدمه. 43

4-2- مدل سیستم.. 44

4-3- داده های اندازه گیری… 45

4-4- فیلتر کالمن توسعه یافته. 48

4-4-1- مراحل انجام فیلتر کالمن توسعه یافته گسسته در زمان: 49

4-5- فیلتر کالمن خنثی… 51

4-1- ماتریس های نویز پروسه و اندازه گیری… 54

4-2- هموارسازها 55

4-2-1- هموارساز نقطه ثابت…. 56

4-2-2- هموارساز تاخیر ثابت…. 56

4-2-3- هموارساز بازه ثابت…. 57

4-3- هموارساز  Two filter. 58

4-4- هموار ساز RTS. 61

4-5- نتیجه گیری… 63

فصل 5: شبیه سازی  

5-1- شبیه سازی الگوریتم EKF در تعیین موقعیت ماهواره. 65

5-2- شبیه سازی الگوریتم UKF در تعیین موقعیت ماهواره. 73

5-3- مقایسه شبیه سازی دو فیلتر EKF و UKF.. 75

5-4- شبیه سازی هموارساز هایRTS و Two filter. 78

فصل 6: نتیجه گیری  

6-1- نتیجه گیری… 83

6-2- پیشنهادات… 85

مراجع   86

پيوست‌ها

پیوست الف- روش انتگرال گیری Runge-kutta. 91

پیوست ب محاسبه ضرایب Nutation. 94

 

فهرست اشکال

شکل (2-1) دستگاه مختصاتی ECI. 7

شکل (2-2) نمایش بردار اعتدال بهاری.. 7

شکل (2-3) دستگاه مختصاتی ECEF.. 8

شکل (2-4) دستگاه مختصاتی ناظر مرکز. 9

شکل (2-5) سه چرخش تبدیل مختصات… 9

شکل (2-6) تبدیل دستگاه های مختصات به یکدیگر. 11

شکل (2-7) تبدیل مختصات ECI به ECEF   12

شکل (2-8) تبدیل مختصاتECI به ECEF.. 13

شکل (2-9) پارامترهای مداری.. 17

شکل (2-10) آشغال های فضایی در مدار LEO.. 19

شکل (2-11) شکل مداری ماهواره در فضا 21

شکل (2-12) داده های اندازه گیری ایستگاه زمینی.. 22

شکل (2-13) ایستگاه زمینی لیزری.. 23

شکل (2-14) ایستگاه زمینی راداری.. 24

شکل (2-15) نمایشی از سیستم دو جسمی.. 26

شکل (2-16) کاهش ارتفاع مداری ماهواره در اثر نیروی درگ… 28

شکل (2-17) نمایشی از عدم کروی بودن زمین.. 29

شکل (3-1) روش گیبس در دستگاه مختصاتی ECI. 32

شکل (3-2) سه بردار مکانی روش گیبس…. 33

شکل (3-3) روش هریک گیبس در دستگاه مختصاتی ECI. 38

شکل (4-1) پروسه تعیین موقعیت ماهواره. 44

شکل (4-2) زیر شاخه های مورد بحث در زمینه رویه تعیین مدار. 44

شکل (4-3) نرم افزار STK.. 46

شکل (4-4) هندسه حرکت ماهواره. 46

شکل (4-5) رابطه داده های اندازه گیری ایستگاه زمینی با یکدیگر. 48

شکل (4-6) مراحل تخمین و به روز رسانی فیلتر کالمن توسعه یافته. 51

شکل (4-7) هموارساز نقطه ثابت… 56

شکل (4-8) هموارساز تاخیر ثابت… 57

شکل (4-9) هموارساز بازه ثابت… 57

شکل (4-10) هموارساز  Two filter. 61

شکل (4-11) نحوه  کارکرد هموارساز RTS. 62

شکل (5-1) چند رد ماهواره توسط نرم افزار STK.. 65

شکل (5-2) خصوصیات مدار شبیه سازی شده. 66

شکل (5-3) سه رد ماهواره بر روی ایستگاه زمینی شهر کرمانشاه. 66

شکل (5-4) نرم خطای مکان ماهواره برای الگوریتم EKF در رد شماره یک…. 67

شکل (5-5) نرم خطای سرعت ماهواره برای الگوریتم EKF در رد شماره یک…. 68

شکل (5-6) نرم خطای مکان ماهواره برای الگوریتم EKF در رد شماره یک…. 68

شکل (5-7) نرم خطای سرعت در یک رد ماهواره برای الگوریتم EKF در رد شماره یک…. 69

شکل (5-8) نرم خطای مکان در سه رد ماهواره برای الگوریتم EKF در رد شماره یک…. 70

شکل (5-9) نرم خطای سرعت در سه رد ماهواره برای الگوریتم EKF.. 70

شکل (5-10) اثر نویز زوایا بر خطای مکان ماهواره در الگوریتم EKF در رد شماره یک…. 71

شکل (5-11) اثر نویز حد فاصل بر خطای مکان ماهواره در الگوریتم EKF در رد شماره یک     72

شکل (5-12) خطای مکان ماهواره برای نویز و بایاس در الگوریتم EKF در رد شماره یک…. 72

شکل (5-13) خطای مکان سه رد ماهواره در الگوریتم UKF.. 73

شکل (5-14) خطای سرعت سه رد ماهواره در الگوریتم UKF در رد شماره یک…. 73

شکل (5-15) اثر نویز زاویا بر خطای مکان ماهواره در الگوریتم UKF در رد شماره یک…. 74

شکل (5-16) اثر نویز حد فاصل بر خطای مکان ماهواره در الگوریتم UKF در رد شماره یک     74

شکل (5-17) بررسی خطای مکان ماهواره برای نویز و بایاس در الگوریتم UKF در رد شماره یک     75

شکل (5-18) مقایسه زمان اجرای دو الگوریتم EKF و UKF در رد شماره یک…. 76

شکل (5-19) مقایسه خطای مکانی دو فیلتر EKF و UKF در رد شماره یک…. 77

شکل (5-20) مقایسه خطای مکان RTSEKF و EKF و FBSEKF با نویز و بایاس ثابت… 78

شکل (5-21) مقایسه خطای مکان RTSUKF و FBSUKF و UKF با نویز و بایاس ثابت… 79

شکل (6-1) روش انتگرال گیری مستطیلی.. 91

شکل (6-2) روش انتگرال گیری ذوزنقه ای.. 93

فهرست جداول

جدول (2-1) پارامترهای مداری ماهواره. 17

جدول (2-2) مقایسه ایستگاه های زمینی با یکدیگر. 25

جدول (3-1) جدول الگوریتم گیبس با فرکانس نمونه برداری 0.1 هرتز. 37

جدول (3-2) جدول الگوریتم گیبس با فرکانس نمونه برداری 1 هرتز. 37

جدول (3-3) جدول الگوریتم هریک گیبس با فرکانس نمونه برداری 1 هرتز. 41

جدول (3-4) جدول الگوریتم هریک گیبس با فرکانس نمونه برداری 0.1 هرتز. 41

جدول (5-1) مقایسه فیلتر EKF و UKF با یکدیگر. 77

نقد و بررسی‌ها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “تعیین موقعیت ماهواره بر اساس داده های ایستگاه زمینی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *