[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

技術領域

本發明涉及一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法，屬于衛星自主導航技術領域。

背景技術

航天器自主導航系統通過其自身的儀器設備確定航天器的位置和速度。自主導航系統技術研究對于減輕航天任務對地面測控的依賴、提高航天器的自主生存能力具有重要意義。航天器自主導航的基本方法是選擇航天器的位置和速度矢量作為狀態變量，根據航天器的軌道動力學模型建立狀態方程，將導航敏感器的測量模型作為觀測方程，通過適當的導航濾波算法處理導航敏感器的觀測信息，通過遞推計算得到航天器在某個指定參考坐標系的位置矢量和速度矢量的估計值。不同的導航方式由于導航信息源和導航敏感器的不同，觀測方程有所不同。

目前應用最廣的導航濾波算法是擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波算法的性能易受航天器初始位置誤差的影響，航天器初始位置誤差較大的情況下，有可能造成濾波收斂過程中估計誤差振蕩幅度顯著加劇、濾波收斂變慢，甚至導致濾波不收斂。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對航天器初始位置誤差影響自主導航性能的問題，提出一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法，應用該方法能夠在航天初始位置誤差較大的情況下，增強導航系統的收斂性和快速性。

本發明的技術解決方案是：

一種基于多模型自適應濾波的自主導航方法，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。

所述步驟(1)中狀態變量為：

x^k(τ)=[(x^k(1)(τ))T(x^k(2)(τ))T]T]]>

其中，