[發明專利]一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法

有效

• 申請號: 201210504762.6
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102997923A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 熊凱;王大軼;黃翔宇;李驥
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法，其特征在于步驟如下：

(1)選擇參與自主導航的兩個航天器的位置矢量和速度矢量作為狀態變量，根據所述狀態變量建立狀態轉移函數、測量函數和由多個不同的初始狀態變量構成的模型集；

(2)以模型集中的各個元素作為初始值，利用步驟(1)得到的狀態轉移函數和測量函數，通過并行擴展卡爾曼濾波算法進行遞推解算，獲得并行擴展卡爾曼濾波算法的狀態變量估計值，并計算并行擴展卡爾曼濾波算法的測量殘差；

(3)根據步驟(2)得到的測量殘差計算并行擴展卡爾曼濾波算法的權值；

(4)根據步驟(2)得到的各個并行擴展卡爾曼濾波算法的狀態變量估計值和步驟(3)得到的各個并行擴展卡爾曼濾波算法的權值計算狀態變量估計值的加權和，加權和即為當前時刻多模型自適應濾波的狀態變量估計值；

(5)將步驟(2)到步驟(4)進行重復迭代，獲得不同時刻多模型自適應濾波的狀態變量估計值，即獲得了兩個航天器的位置和速度信息，從而實現航天器的基于多模型自適應濾波的自主導航。

2.根據權利要求1所述的一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法，其特征在于：所述步驟(1)中狀態變量為：

其中，

表示航天器i的狀態變量，?表示航天器i的三維位置矢量，?表示航天器i的三維速度矢量；式中上標i(i＝1，2)用于區分不同的航天器，下標k用于區分不同的時刻，括號中的符號τ用于區分不同的模型。?所述模型集為：

其中，?(τ＝1，2，...，L)表示不同的初始狀態變量，L表示模型集中的模型數，是預設的正整數，

所述狀態轉移函數?為：

其中，

μ表示地球引力常數，R_e表示地球半徑，J₂表示地球重力場帶諧項系數，T表示濾波周期，μ、R_e和J₂均為已知常數。基于星間相對測量的航天器自主導航系統的觀測量為星間相對位置矢量；

所述測量函數?為：

。

3.根據權利要求1所述的一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法，其特征在于：所述步驟(2)中通過并行擴展卡爾曼濾波算法進行遞推解算，獲得并行擴展卡爾曼濾波算法的狀態變量估計值具體為：

其中，?和?分別表示并行擴展卡爾曼濾波算法中的狀態變量的估計值和預測值，y_k表示觀測量，星間相對位置觀測量y_k可通過航天器上的相機結合星間鏈路測量得到；K_k(τ)表示濾波增益陣，P_k(τ)和P_k|k-1(τ)分別表示通過遞推解算得到的估計誤差方差陣及其預測值，Q_k表示系統噪聲方差陣，R_k表示測量噪聲方差陣，Q_k和R_k為已知的正定矩陣；雅可比矩陣F_k(τ)和H_k(τ)按下式計算

所述測量殘差?的計算公式為：

。

4.根據權利要求1所述的一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法，其特征在于：所述步驟(3)中的權值計算過程如下：

對于第τ個濾波器，權值μ_k(τ)的計算公式為：

(τ＝1，2，...，L)

其中，似然函數Λ_k(τ)的計算公式為：

測量殘差方差陣S_k(τ)的計算公式為：

。

5.根據權利要求1所述的一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法，其特征在于：步驟(4)中所述加權和的計算公式如下：

其中，?為加權和。?