不确定性模型误差补偿的天地基多星联合定轨技术研究

以天基测控网卫星群和目标卫星群为定轨目标，综合应用地基测控网和天基测控网的观测数据，采用物理分析、数学建模的思路构建统一的多星联合定轨框架，并从动力学模型和观测模型两个层面，分类构建相应的补偿方法，对不确定性模型误差进行补偿。主要包括当动力学模型误差远大于观测模型误差时，通过构建非线性曲线拟合法对动力学模型误差进行补偿；当观测模型误差远大于动力学模型误差时，通过部分线性模型对观测模型误差进行补偿；当两种模型误差量级相近时，通过模态分解法对耦合模型误差进行补偿。在此基础上，通过模型结构的分析，构建多模型多结构的联合定轨方程参数估计方法。获得最终的多星定轨方程最优参数估计策略，为建立我国自主的天地多星联合定轨系统提供有力的技术支持。

基于不确定性模型误差补偿的联合定轨技术是在天地基联合测控网和精密轨道改进技术基础上产生的一种新的定轨技术。课题组主要在模型误差补偿理论、基于模型补偿的轨道确定方法、多源异质天地基联合定轨建模和参数估计三个方面上开展了研究，达到了既定的研究目标。. 在模型误差补偿理论方面：（1）当观测模型误差占主要部分时，应用部分线性模型理论并构建了部分线性模型统一的求解框架；（2）当动力学模型误差占主要部分时应用动力学模型补偿理论，构建了基于光滑样条约束的动力学模型定轨方法，用于高精度测量数据约束下的定轨模式，该方法可反演出对应方向的模型误差力；（3）当两类模型误差同等量级时，采用频谱分析的补偿定轨方法，充分利用误差的各类先验信息，对两类模型误差进行区分。. 在模型补偿轨道确定方法方面：（1）针对天地基联合测控中多源异质数据存在多耦合性系统模型误差和粗差的情况，提出了基于数据深度加权的轨道确定和方差分量估计法，用模型补偿方法估计不确定性模型误差，在此基础上应用数据深度加权方式构建方差分量，对存在不确定性模型误差和粗差的结构定权；（2）提出了模型补偿的实时自主导航算法。利用各类星敏感器组成的一体化自主导航系统，研究了观测模型误差补偿的非线性滤波算法，分析了模型补偿的可观测性，提出了模型误差估计得边界条件。同时将该算法应用到实时姿态确定中，抑制了传感器模型误差对姿态的影响，得到了高精度的姿态确定结果。. 在联合定轨系统建模和应用方面：（1）证明了单星天基光学观测模式下天基测控定轨的可行性和局部联合定轨的亏秩性；（2）针对联合观测模型中的多结构多模型的联合观测模式，提出了基于非线性模型的曲率度量的非线性回归模型和参数估计算法；（3）开展了同步轨道空间目标的天地基联合定轨模型构建与方法设计、基于双星定位系统的天基测控定轨及天地基联合定轨系统结构分析、模型构建与方法设计等一系列实际问题的研究。. 在上述研究的基础上，课题组在整个项目执行期间共发表学术论文合计26篇，其中SCI检索8篇，EI检索12篇，包括国际会议3篇，专著2部。资助培养博士研究生5名，硕士研究生2名。