空间轨迹测量融合处理与精度分析

作者：刘利生 郭军海 刘元 张艳 余浩章 著

定价：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：清华大学出版社

第1章绪论

1.1空间轨迹测量

1.1.1空间轨迹测量的作用和地位

1.1.2空间轨迹测量精度分析

1.1.3空间轨迹测量融合处理技术

1.2测量误差与误差源

1.2.1测量与分类

1.2.2测量误差与分类

1.2.3外弹道测量的误差源

第2章测量精度分析原理及方法

2.1外弹道测量精度的主要影响因素

2.1.1飞行试验弹道

2.1.2外弹道测量体制

2.1.3测量元素的误差

2.1.4布站设计与测量几何

2.1.5弹道参数解算方法

2.1.6总误差和综合因素

2.2外测体制分类

2.2.1测角体制

2.2.2测距测角体制

2.2.3测距体制

2.2.4距离及距离差体制

2.2.5距离和测量体制

2.3测量误差传播的精度估算方法

2.3.1测量误差传播原理

2.3.2外弹道测量误差传播的理论公式

2.4测量精度的仿真估计方法

2.4.1测量量仿真模拟

2.4.2弹道参数的解算

2.4.3测量精度仿真估算方法的步骤

第3章单一测量体制解算弹道方法

3.1nAE体制解算弹道方法

3.1.1“L”、“K”和“M”公式

3.1.2方向余弦法

3.1.3最小二乘估计法

3.1.4递推最小二乘估计方法

3.1.5弹道速度和加速度解算方法

3.2RAE体制解算弹道方法

3.2.1单站测量弹道位置参数解算方法

3.2.2多站交会测量弹道位置参数解算方法

3.2.3速度和加速度参数解算方法

3.2.4其他参数计算方法

3.3nRR·体制解算弹道方法

3.3.13RR·测元解算弹道方法

3.3.2多RR·测元解算弹道方法

3.4干涉仪体制解算方法

3.4.1测量方程

3.4.2最小二乘估计方法1

3.4.3最小二乘估计方法2

3.5RAE和3R·体制解算弹道方法

3.6RAE和R·、P·、Q·体制解算弹道方法

3.7多站S、S·体制解算弹道方法

第4章单一测量体制解算弹道精度分析

4.1nAE体制测量精度分析

4.1.1位置参数测量精度分析

4.1.2速度参数测量精度分析

4.2RAE体制测量精度分析

4.2.1位置参数测量精度分析

4.2.2速度参数测量精度分析

4.3nRR·测量体制测量精度分析

4.3.1位置参数测量精度分析

4.3.2速度参数测量精度分析

4.4RAE和3R·体制测量精度分析

4.4.1弹道位置参数精度分析

4.4.2弹道速度参数精度分析

4.5干涉仪测量体制测量精度分析

4.5.1位置参数测量精度分析

4.5.2速度参数测量精度分析

第5章联合测量解算弹道方法

5.1两套干涉仪联测解算弹道方法

5.1.1最小二乘估计方法

5.1.2递推最小二乘估计方法

5.2单套干涉仪与多站连续波系统联测解算弹道方法

5.2.1最小二乘估计方法

5.2.2递推最小二乘估计方法

5.3多套连续波系统联测解算弹道方法

5.4RAE与nS·测量体制联测解算弹道方法

5.5n1RR·和n2S·测量体制联测解算弹道方法

5.5.1测量方程

5.5.2最小二乘估计——非线性化方法

5.5.3最小二乘估计——线性化方法

5.5.4递推最小二乘估计

第6章联合测量解算弹道精度分析

6.1两套干涉仪联测精度分析

6.1.1弹道位置参数测量精度分析

6.1.2弹道速度参数测量精度分析

6.2单套干涉仪与多站连续波系统联测精度分析

6.2.1弹道位置参数测量精度分析

6.2.2弹道速度参数测量精度分析

6.3两套干涉仪和两套多站连续波系统联测精度分析

6.3.1弹道位置参数测量精度分析

6.3.2弹道速度参数向量测量精度分析

6.4RAE与nS·测量体制联测精度分析

6.4.1弹道位置参数精度分析

6.4.2弹道速度参数精度分析

6.5n1RR· 和n2S·测量体制联测精度分析

6.5.1弹道位置参数精度分析

6.5.2弹道速度参数精度分析

第7章弹道测量融合处理方法

7.1样条多项式

7.1.1弹道运动的多项式描述方法

7.1.2B样条函数

7.2弹道样条约束表示及解算方法

7.2.1弹道参数的样条函数表示

7.2.2样条系数向量解算方法

7.3常用测量体制的弹道样条约束解算方法

7.3.1RAE测量体制解算弹道方法

7.3.2nS·测速体制解算弹道方法

7.3.3nRR·测量体制解算弹道方法

7.3.4多种测量体制解算弹道方法

7.4弹道样条约束的EMBET方法

7.4.1EMBET自校准技术

7.4.2弹道样条约束的EMBET方法

7.5常用测量体制的自校准方法

7.5.1RAE测量体制的自校准方法

7.5.2nS·测量体制的自校准方法

7.5.3nRR·测量体制的自校准方法

第8章弹道测量融合处理方法精度分析

8.1单一测量体制测量精度分析

8.1.1RAE测量体制精度分析

8.1.2nS·测量体制精度分析

8.1.3nRR·测量体制精度分析

8.2联合测量精度分析

8.2.1单脉冲雷达与nS·测速系统联测精度分析

8.2.2n1RR·测量系统与n2S·测速系统联测精度分析

第9章航天器轨道确定方法

9.1开普勒定律与轨道根数

9.1.1开普勒定律和二体运动

9.1.2轨道要素的确定

9.1.3无摄运动的运动方程和轨道根数

9.1.4二体问题航天器轨迹计算

9.2初始轨道确定方法

9.2.1状态向量计算轨道根数的方法

9.2.2测元RAE计算初轨方法

9.3轨道确定方法

9.3.1二体运动的轨道运动方程

9.3.2非递推处理轨道计算方法

9.3.3递推处理轨道计算方法

9.3.4轨道受摄运动方程

9.3.5测元RAE确定轨道的解析表示式

9.3.6测元RR·确定轨道的解析表示式

9.3.7测元RAER·确定轨道的解析表示式

第10章轨道确定方法的精度分析

10.1RAE测量体制的精度分析

10.1.1轨道状态参数向量0精度分析

10.1.2轨道状态参数向量j精度分析

10.1.3轨道根数向量精度分析

10.2RAER·测量体制的精度分析

10.2.1轨道状态参数向量0精度分析

10.2.2轨道状态参数向量j精度分析

10.2.3轨道根数向量精度分析

10.3nRR·测量体制的测量精度分析

10.3.1轨道状态参数向量0精度分析

10.3.2轨道其他状态参数向量精度分析

附录A常用的地球和天球坐标系

A.1天体与大地测量基本知识

A.1.1天体知识

A.1.2大地测量知识

A.2常用地球和天球坐标系

A.2.1地球坐标系

A.2.2天球坐标系

A.2.3坐标系转换

A.2.4坐标系转换的新方法

附录B线性模型的参数估计

B.1高斯估计

B.2马尔可夫估计

B.3递推最小二乘估计

B.4逐步回归最小二乘估计

B.5线性约束最小二乘估计

B.5.1线性约束的高斯估计

B.5.2线性约束的马尔可夫估计

B.6非线性最小二乘估计

B.6.1模型线性化方法

B.6.2改进的GN迭代法

名词索引

参考文献2100433B

本书系统地论述了导弹和航天器空间轨迹测量融合数据处理与精度分析技术的基本原理。主要内容包括：导弹和运载火箭飞行试验时各种外测体制测量和解算弹道参数的方法和公式，以及外弹道测量精度分析的原理、方法和公式；航天器轨道运行时测轨系统测量和确定轨道参数的方法、公式，以及相应的轨道测量精度的分析方法和公式。特别是详细地阐述了对导弹和航天器在空域和时域上多信息测量源融合处理的技术和方法，推导了不同测量体制应用多种数学建模形式得到灵活多变的融合处理解算方法和表示式，以及对应的测量精度分析方法和公式。 本书可供从事导弹和航天测控系统总体设计、精度评定、数据处理工作及相关专业的科研人员以及高等院校的高年级本科生、研究生和教师阅读。

空间轨迹测量的范围和内容是非常宽广的，这里指导弹和运载火箭的外弹道测量和航天器的轨道测量。外弹道测量是由天、地基的光学和无线电外测系统跟踪导弹或运载火箭飞行弹道所获取的测量数据，经数据处理后提供其弹道参数(轨迹)的过程，为导弹和运载火箭的技术性能和精度评定及改进，为安全控制系统实时提供安全信息，为航天器系统提供运载火箭入轨参数等使用。轨道测量是由天、地基无线电测轨系统，跟踪航天器(人造地球卫星、航天飞船等)运行轨道所获取的测量数据，经数据处理后提供航天器在空间运行的精确轨道(根数、状态)并预报未来轨道的过程，保障航天器运行时的轨道安全控制、确保其按正常姿态和预定轨道运行及返回，使航天系统完成规定的航天任务等。因此，外弹道测量和轨道测量是导弹和航天器飞行试验工程中不可或缺的重要组成部分，对于保障完成它们的发射试验任务、促进其技术水平提高和发展具有重要作用。

随着导弹和航天器技术发展的需要，各种用途和类型的导弹、航天器越来越多，其试验的内容越来越丰富，对弹道和轨道的测量要求越来越高，这也大大增加了外弹道测量和轨道测量技术的难度和复杂性。为此，除了要求进一步地提高和发展外弹道测量和轨道测量的技术水平外，还必须不断地提高和改进相应的数据处理技术水平，才能满足新的试验任务的要求。近几十年来，试验发射场在逐步完成建立相应测控网的基础上，积极地开展和应用融合数据处理技术和方法。在空域和时域上充分地融合了多信息源的测量数据，巧妙地利用数学建模技术和统计估计理论，对于自校准测量系统误差和精确地估算外弹道、轨道方法做了积极有效的尝试。特别是在一些远程洲际导弹试验中，应用了B样条函数拟合弹道参数的样条约束“EMBET”自校准技术，大大地浓缩待估计参数的个数，有效地增加了测量数据的冗余度，显著地提高所解算弹道参数的精度和可信度，对于保障远程洲际导弹飞行试验的精度评定和定型起到了积极的作用。

本书系统地总结了几十年来外弹道测量和轨道测量融合数据处理技术的发展，详细地阐述了试验场各种测量体制及联合测量的弹道和轨道解算方法，以及相应的测量精度分析的理论估算方法。尤其是近几年来作者对弹道样条约束“EMBET”自校准融合处理技术作了进一步探讨和研究，利用数学建模技术得到了不同测量体制灵活多变的融合处理的表示和解算方法，使融合处理技术能够更好地为工程应用服务； 并且相应地推导了适用于外测系统总体设计工作的弹道测量精度理论估算的解析表达式，可以使人们方便地应用弹道测量融合处理技术并指导总体设计工作。同样地，本书对航天发射场测轨系统的不同测量体制建立了动力学模型，推导出适用于轨道测量系统总体设计与数据处理工作的轨道确定方法，以及相应的测轨精度分析方法和表达式。

全书共分10章，第1章绪论，第2章测量精度分析原理及方法，第3章单一测量体制解算弹道方法，第4章单一测量体制解算弹道精度分析，第5章联合测量解算弹道方法，第6章联合测量解算弹道精度分析，第7章弹道测量融合处理方法，第8章弹道测量融合处理方法精度分析，第9章航天器轨道确定方法，第10章轨道确定方法的精度分析。其中，郭军海研究员编写了第4、5章，余浩章工程师编写了第3章，刘元工程师编写了第2、6章，张艳高级工程师编写了第10章，刘利生研究员编写了第1、7、8、9、10章，全书由刘利生统稿。

本书的编写得到所在单位北京跟踪与通信技术研究所的领导和机关的大力支持和帮助。钱卫平、吴斌、董光亮和吴正容几位研究员对本书的编写和出版给予了极大的关心和支持，提出了许多具有指导意义的建议； 李波研究员、李巍高级工程师和孙威高级工程师除了积极支持和关心本书的编写和出版外，还为编著人员创造了良好的环境； 陈凌晖、陈浩、石晟玮、权思及、华煜明等同志为本书的编写、打印和组织等做了大量烦琐而有意义的工作。在此，对他们的辛勤劳动和热情帮助一并表示衷心的感谢。

编者本着专著的特点和要求，力求突出思想新颖、具有创新性的知识和内容，以促进空间轨迹测控专业技术水平的提高和发展。由于编者的理论和学术水平有限，书中难免有不妥或错误之处，恳请广大读者批评指正。

作者

2014年8月

所谓“质量”简单的概括就是：事物（件）经过一系列操作后所反映结果的表现。工程质量包括的内容很多，对于如何保证和提高施工质量的措施和方法也是多方面的。但是唯一相同的是：过程操作与监控是保证和提高施工质量的根本所在。而在过程操作阶段，工程测量起到了非常重要的作用，测量放线为工程施工提供依据。只有把测量误差控制在规范允许的偏差范围以内，才能确保工程按图施工，才能保证工程的施工质量，为质量检查等工作提供方法和手段。因此，如果缺少测量，工程施工将无法进行，施工质量将无从谈起。

测量精度指测量精确度和准确度的总称。在测量中，精度主要包括仪器的精度和数值的精度，我们讨论最多的是数值的精度。仪器的精度由标称精度描述，如: 全站仪的测角、测边精度，GPS 接收机的精度，激光扫描仪的精度和陀螺仪的精度等。它与仪器的分辨率、制造技术和工艺等有关。数值的精度又分相对精度和绝对精度。相对精度有两种:一种是指观测量的精度与该观测量的比值，比值越小，相对精度越高，如边长的相对精度; 另一种系指一点相对于另一点特别是邻近点的精度。相对精度是与基准无关的。绝对精度指一个观测量相对于其真值的精度，或相对于基准点的精度。绝对精度与基准有关，只能在相同基准下进行比较。在统计学的质量控制术语中，精度被称做“设计质量”。

测量精度理论的发展是测量不确定度理论的出现。测量不确定度现论是1963 年由美国国家标准局( NBS )的埃森哈特( Eisenhart) 首先提出的，现已成为国际上表示测量结果及其不确定度的通行做法。测量不确定度的定义是：与测量结果相联系的、表示被测量值分收性的参数。 2100433B

1、电压电流基波测量： 0.5 级。

2、频率偏差不大于：0.01Hz