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摘要本文探讨了载人飞船着陆无源时差定位技术的相关研究。借助航天器再入段的动力学方程和测量方程，用欧拉法生成再入段的理论轨迹和测量数据。利用基于TDOA的多站无源定位方法，通过目标到各达基站的到达时间差来进行定位，从而解算出载人飞船的位置。该过程实际上是对一组非线性方程的求解，可利用欧拉或龙哥库塔法等积分求出目标位置。但是仅仅基于几何方法进行定位其误差较大，为了减小误差，提高定位精度，利用了扩展卡尔曼滤波技术，完成基于Matlab的再入飞行器跟踪算法。并在Matlab开发环境下进行简单仿真，以分析测控站的高度和测控站间距等因素对定位精度的影响。结果表明：当高度越高时，GDOP的大小分布会出现明显的方向性；当测控站间距适当增加时，定位精度也会有明显地提高；在多种布站方式中，以Y型的布站方式最为适合。
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关键词 TDOA 再入段 卡尔曼滤波 GDOP19017
毕业设计说明书（毕业论文）外文摘要
Title Passive TDOA Location Technology Research of Manned Spacecraft Landing
Abstract
This paper discusses the Passive TDOA location technology research of manned spacecraft landing. With reentry spacecraft dynamics and measurement equations, to generate reentry theory trajectory and measurement data in the Euler method. Using multi-station passive location method based on TDOA to position the target by the time difference of arrival to each base station. After getting data from base station, it can be obtained by solving a set of nonlinear equations to locate the radiation source. But just based on the geometric method to locate the target, the error is very large. In order to reduce errors and improve positioning accuracy, we can use the extended Kalman filter technology to complete a Matlab-based reentry vehicle tracking algorithm. And using a simple simulation in Matlab to analyze the impact of height and other factors to the aircraft positioning accuracy. When the higher the altitude, the distribution of GDOP appears obvious direction; when the farer the distance, the positioning accuracy will be significantly improved; and the Y-shaped station is the first choice.
Keywords TDOA Reentry EKF GDOP
目 次
1、绪论 1
2、无源定位 2
2.1 无源定位技术的发展现状 2
2.2 无源定位技术的分类 3
2.3 TDOA定位技术 4
3、再入飞行器的数学模型 10
3.1 再入飞行器的动力学模型 10
3.2 再入飞行器的量测模型 11
3.3 再入飞行器理论轨迹的生成 11
4、再入段目标跟踪滤波算法 15
4.1 滤波在目标跟踪系统中的作用 15
4.2 EKF原理 16
4.3 滤波误差评定 18
4.4 载人飞船再入段三文EKF滤波仿真结果 19
4.5 观测站的布站方式对卡尔曼滤波性能的影响 27
4.5 小结 31
5、测控站（飞机）布站分析 32
5.1 时差定位系统误差分析 32
5.2 最佳布站方式的选择 34
6、总结与展望 42
致 谢 44
参考文献 45
1 绪论
中国载人航天计划于1992年9月21日正式确立项目，计划一共分为三个阶段：第一阶段目标是将航天员送入太空并安全返回，建立短期的空间站则为过渡性的第二阶段，第三阶段即为建立长期空间站，为最终的走向太空打下坚实的基础。2003年神舟五号载人飞船发射成功并安全着陆于内蒙古阿木古郎草原，航天员也状态良好地自主走出返回舱。从这一刻航天飞行任务的顺利完成开始，我国便真正突破以前的瓶颈，掌握了载人航天中所涉及的基本技术，这标志着我国已经可以独立开展各项载人活动，中国载人航天计划中第一阶段的目标正是达成。2011年作为中国研发的第一个目标飞行器——天宫一号升空，并与神舟九号实现了成功对接。在天宫一号上，航天员们又实现了上天、太空行走，是我国载人航天技术中的新的突破，这对于我国载人探索宇宙奥秘、造福人类、发展中国航天事业有着重要意义。