[發(fā)明專利]火星動(dòng)力下降段減弱動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)誤差的兩步濾波方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310287572.8
• 申請(qǐng)日: 2013-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103344246A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 傅惠民;吳云章;張勇波;王治華;婁泰山;肖強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/24
• 分類號(hào): G01C21/24
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛(ài)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火星動(dòng)力下降段減弱動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)誤差的兩步濾波方法。屬于航天導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Kalman方法是非常常見(jiàn)的一種確定航天器位置速度方法。它要求動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)的精確已知。在實(shí)際工程中動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)難精確得到，存在一定的不確定性和動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)誤差。在火星動(dòng)力下降段中，由于飛行器動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)采用加速度計(jì)和陀螺儀量（IMU）的慣性導(dǎo)航進(jìn)行航跡遞推。而加速度計(jì)測(cè)量的為非慣性力，即火星重力加速度無(wú)法測(cè)得。通常只能利用事先估計(jì)的重力帶入計(jì)算，這樣將產(chǎn)生較大的誤差。如2012年美國(guó)的好奇號(hào)在其著陸點(diǎn)附近存在著一定的重力加速度誤差。未來(lái)火星任務(wù)將在一些具有科學(xué)意義的地點(diǎn)著陸，這些地點(diǎn)的地貌復(fù)雜，其重力加速度將在火星著陸器著陸前更加難以精確測(cè)定，存在的重力加速度誤差將影響著高精度的著陸。另外，由于初始安裝在著陸器上的測(cè)量?jī)x器存在一定的安裝誤差，這些誤差將使得動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)存在一定的未知系統(tǒng)誤差。過(guò)大的誤差會(huì)導(dǎo)致位置速度誤差的增大甚至發(fā)散，引起航天器導(dǎo)航誤差、降低導(dǎo)航精度。為了方便描述，下文以火星重力加速度為例，對(duì)火星重力加速度進(jìn)行有效的估計(jì)和校正從而進(jìn)一步提高導(dǎo)航精度。

現(xiàn)有技術(shù)中，可以用于確定航天器位置速度的方法有多種。

現(xiàn)有技術(shù)一，基于泰勒展開(kāi)的擴(kuò)展Kalman濾波估計(jì)方法。該方法忽略了動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中的誤差，如火星重力加速度誤差。該方法給出了非線性動(dòng)力學(xué)方程和非線性測(cè)量方程的泰勒展開(kāi)加權(quán)融合的估算公式。

現(xiàn)有技術(shù)二，基于sigma點(diǎn)集（為正態(tài)分布采樣策略）的無(wú)跡Kalman濾波方法。先根據(jù)正態(tài)分布的均值和方差計(jì)算出sigma點(diǎn)集，并確定出各點(diǎn)的權(quán)值，再通過(guò)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出航天器的位置速度，然后通過(guò)量測(cè)方程得到的量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)航天器的位置速度進(jìn)行調(diào)整修正。它同樣不考慮火星重力加速度誤差對(duì)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的影響。

現(xiàn)有技術(shù)一適用于動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)精確可知條件下。在火星動(dòng)力下降過(guò)程中，火星重力加速度具有一定的不可估計(jì)的誤差，因此不太適用于火星動(dòng)力下降段。

現(xiàn)有技術(shù)二在測(cè)量手段有限，測(cè)量數(shù)據(jù)少，難以動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)誤差估算和減弱。因此動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中的誤差將影響航天器的位置速度估計(jì)，難以進(jìn)行調(diào)整修正，因此不太適用于火星動(dòng)力下降段。

現(xiàn)有技術(shù)一二對(duì)于未知的火星環(huán)境，其動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)存在誤差，如火星重力加速度誤差。即使事先對(duì)著陸地點(diǎn)的重力加速度進(jìn)行估計(jì)也還存在一定的誤差。特別是在一些地形地貌復(fù)雜的具有科學(xué)探測(cè)的著陸點(diǎn)附近，火星重力加速度將難以進(jìn)行事先估計(jì)校正。因此不太適用于火星動(dòng)力下降段。

發(fā)明內(nèi)容

1、目的：本發(fā)明的目的是提供一種火星動(dòng)力下降段減弱動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)誤差的兩步濾波方法，以減小航天器位置速度誤差，提高其精度。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明一種火星動(dòng)力下降段減弱動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)誤差的兩步濾波方法，它包括以下步驟：

步驟一、建立工程實(shí)際方程：離散的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)

xk+1=f(xk,uk)+Bkbgk+wkx---(1)]]>