[發明專利]一種多航天器系統下基于Fisher信息矩陣的脈沖星選星方法

有效

• 申請號: 201710090298.3
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106871909B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 王奕迪;鄭偉;張璐;張大鵬;信世軍;湯國建
• 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: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 歐穎;吳婷

本發明提供了一種多航天器系統下基于Fisher信息矩陣的脈沖星選星方法，包括第一步建立多航天器系統的動力學模型得到系統的狀態方程、第二步建立多航天器系統基于脈沖星導航的觀測模型得到系統的觀測方程、第三步其于狀態方程與觀測方程構建多航天器系統下脈沖星導航的Fisher信息陣、第四步選擇使指標函數達到最小值的脈沖星作為導航所觀測的脈沖星，其中指標函數為第三步所得的多航天器系統下脈沖星導航的Fisher信息陣的逆矩陣的跡。本發明在構建選星指標時同時考慮了導航系統的動力學信息與觀測信息，相對于只考慮觀測信息的情況，本發明中的Fisher信息陣包含的信息更加全面，可以實現更有效的評估，導航精度更高。

技術領域

本發明涉及航天器導航技術領域，特別的，涉及一種基于Fisher信息矩陣的脈沖星選星方法，主要針對多航天器系統的導航任務。

背景技術

在軌運行的絕大多數航天器都作為獨立的個體在空間執行任務。隨著航天技術的發展，航天任務不再僅僅局限于單航天器形式，由多顆航天器組成的多航天器系統不斷涌現，例如星座、編隊與集群系統。多顆航天器之間彼此協同，互相配合，可以提升系統的性能，更好的完成各類航天任務。

導航定位是深空探測任務中的關鍵技術之一。當前航天器的導航信息大多通過地面測控系統提供，在軌航天器的日益增多極大增加了地面測控系統的負擔。實現航天器的自主導航對于保障航天器的自主性十分必要。

脈沖星是一類中子星，其自轉周期具有長期穩定性，可以作為宇宙中天然的導航信標與時鐘。與衛星導航相比，脈沖星導航不受空間限制與人為干擾；相比于天文導航，脈沖星導航可以同時進行航天器的位置、姿態與時間確定。利用脈沖星作為信息源，可以為多航天器系統提供導航信息，實現多航天器系統的自主導航。

對于基于脈沖星觀測實現自主導航的多航天器系統來說，如何選擇所觀測的脈沖星提高多航天器系統的導航性能，是利用脈沖星實現航天器自主導航所需要考慮的關鍵問題。

申請號為201110095075.9的專利提出了一種X射線脈沖星導航使用的選星方法，該方法僅對單顆航天器如何選擇導航脈沖星進行了說明，沒有考慮到多航天器系統如何選星。

申請號為201310117103.1的專利提出了一種基于Fisher信息矩陣的導航脈沖星選擇方法，該方法在選星指標上僅僅考慮到航天器的觀測信息，即脈沖星的空間位置，而沒有對航天器的動力學信息進行考慮，導航系統的信息利用不充分，選星指標的可靠性相對較低。

發明內容

本發明目的在于提供一種多航天器系統下基于Fisher信息矩陣的脈沖星選星方法，以解決背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種多航天器系統下基于Fisher信息矩陣的脈沖星選星方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，建立多航天器系統的動力學模型：根據多航天器系統中各個航天器的軌道動力學方程，建立多航天器系統的狀態方程。

第二步，建立多航天器系統基于脈沖星導航的觀測模型：兩顆航天器接收同一脈沖星的脈沖信號，計算兩個航天器的脈沖到達時間的差分量，將時間差分量轉換成兩顆航天器相對于SSB(太陽系質心)的位置在該脈沖星方向的投影距離，即得到兩航天器的相對位置與該脈沖星之間的位置關系，基于該位置關系構建觀測模型。

第三步，構建多航天器系統下脈沖星導航的Fisher信息陣：

將狀態量的似然函數定義為與觀測量有關的條件概率密度函數，并根據條件概率密度函數求觀測信息對應的Fisher信息矩陣，得到多航天器系統下脈沖星導航的Fisher信息矩陣。

第四步，選擇使指標函數達到最小值的脈沖星作為導航所觀測的脈沖星，其中指標函數為第三步所得的多航天器系統下脈沖星導航的Fisher信息陣的逆矩陣的跡。