[發明專利]一種高軌衛星的脈沖星/星光角距組合導航方法

在審

• 申請號: 201410133271.4
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN104006813A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 鄭偉;王奕迪;湯國建;張大鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;鄭雋

1.一種高軌衛星脈沖星/星光角距組合導航方法，其特征在于，包括步驟：

A、建立近地衛星的軌道動力學方程；

B、建立脈沖星導航觀測方程；

C、建立星光角距觀測方程；

D、利用動態濾波器處理動力學模型和星光角距信息，其中：

①初始化狀態量和方差陣P₀

x^0=E(x0)P0=E[(x0-x^0)(x0-x^0)T]]]>

②構建狀態采樣點和權重

在附近建立一系列的采樣點，所述采樣點的均值和協方差分別為和P_k-1；狀態變量為6×1維，13個采樣點χ_0,k-1，χ_1,k-1，…，χ_13,k-1及均值權重和方差權重如下：

χ0,k-1=x^k-1χi,k-1=x^k-1+n+ξ·(Pk-1)ii=1,2,L,nχi+n,k-1=x^k-1-n+ξ·(Pk-1)ii=n+1,n+2,L,2n]]>

ω0m=ξn+ξω0c=ξn+ξ+(1-α2+β)ωim=ωic=12(n+ξ)]]>

在上述兩式中，n為狀態量的維數,ξ=α²(n+κ)-n，其中α用來控制采樣點分布，其取值在0,1之間，κ=3-n；β為與狀態先驗分布有關的參數，對高斯分布，β取為2；當P_k-1＝A^TA時，取A的第i行；當P_k-1＝AA^T時，取A的第i列；

③動態濾波器時間更新

采樣點的一步預測值χ_k|k-1為

χ_k|k-1＝f(χ_k-1)

所有采樣點的一步預測值加權后的結果為

xk-=Σi=02nωimχi,k|k-1]]>

狀態量估計的一步估計方差陣為

Pk-=Σi=02nωic[χi,k|k-1-xk-][χi,k|k-1-xk-]T+Qk]]>

④動態濾波器測量更新

采樣點一步預測的星光角距測量值Z_k|k-1^st為

Z_k|k-1^st＝h_st(χ_k|k-1)

所有采樣點的一步預測星光角距測量值加權后的結果為

Zst,k-=Σi=02nωimZi,k|k-1st]]>

星光角距測量方差陣為

星光角距測量值與狀態量的協方差陣為

濾波增益K_st,k為

動態濾波器的狀態估計值x_st,k⁺和方差陣P_st,k⁺分別為

xst,k+=xk-+Kst,k(Zst,k-Z^st,k-)]]>

E、利用靜態濾波器融合動態濾波器結果和脈沖星觀測信息，其中：

①靜態濾波器初始化

靜態濾波器的初始狀態預估值x_p,k^-和方差陣P_p,k^-為

x_p,k^-＝x_st,k⁺P_p,k^-＝P_st,k⁺

②構建靜態濾波器采樣點

靜態濾波器的采樣點ε_0,k-1，ε_1,k-1，…,ε_13,k-1為

ϵ0,k-1=xp,k-ϵi,k-1=xp,k-+n+ξ·(Pp,k-)ii=1,2,L,nϵi+n,k-1=xp,k--n+ξ·(Pp,k-)ii=n+1,n+2,L,2n]]>

其中，當P_p,k^-＝A^TA時，取A的第i行；當P_p,k^-＝AA^T時，取A的第i列；ξ的定義與同步驟D中②；

③靜態濾波器測量更新

采樣點一步預測的脈沖星測量值Z_k|k-1^p為

Z_k|k-1^p＝h_p(ε_k|k-1)

所有采樣點的一步預測脈沖星測量值加權后的結果為

Zp,k-=Σi=02nωimZi,k|k-1p]]>

脈沖星測量方差陣為

星光角距測量值與狀態量的協方差陣為

濾波增益K_p,k為

靜態濾波器的狀態估計量和方差陣分別為

x^k=xk-+Kp,k(Zp,k-Zp,k-)]]>

將獲得的狀態量和方差陣返回動態濾波器，用于k+1時刻，k=1,2，…；得到各個導航時刻的狀態估計值和方差陣