[發明專利]一種自適應非接觸式失效衛星的形態參數測算方法

有效

• 申請號: 201710380614.0
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107167145B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 袁建平;侯翔昊;袁靜;張博;孫沖
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01M1/10;G01M1/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

1.一種自適應非接觸式失效衛星的形態參數測算方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)基于矢量對偶四元數，建立失效衛星相對于服務航天器的運動學與動力學模型；

2)采用激光成像系統對失效衛星的姿態與相對距離做出帶噪聲的測量；

3)在建立基于對偶矢量四元數相對運動學與動力學模型的基礎上，以測得的含有噪聲的衛星姿態四元數以及相對距離數據作為觀測量，構建自適應卡爾曼濾波算法，實時地估計出系統的形態參數信息；

所述的形態參數信息包括：相對位置參數、相對姿態參數、失效衛星的轉動慣量比值參數及失效衛星的質心參數；

所述的自適應卡爾曼濾波算法是基于擴展卡爾曼濾波器，并且采用新息信息作為自適應輸入，針對不確定的空間環境以及測量誤差對失效衛星的形態參數做出測算；

在上述模型和測量的基礎上，設計基于對偶矢量四元數自適應形態參數濾波算法，在外界干擾下對失效衛星的相對位置參數、相對姿態參數、失效衛星的轉動慣量比值參數及失效衛星的質心參數，進行一體化的自適應形態參數測算；

所述的自適應擴展卡爾曼濾波算法具體步驟為：

a、初始化；

b、對偶矢量四元數擴展卡爾曼濾波；

c、新息計算；

d、故障檢測；

e、若有故障，自適應對偶矢量四元數擴展卡爾曼濾波；

若無故障，卡爾曼增益計算；

f、對偶矢量卡爾曼濾波更新

h、返回步驟b；基于對偶矢量四元數運動學方程為：

其中，是失效衛星與服務航天器之間的相對距離在失效衛星本體系中的表達；是失效衛星與服務航天器之間的相對距離在慣性系中的表達；是慣性系{I}相對于失效衛星本體系{B}的姿態四元數；是失效衛星相對于服務航天器的相對速度對偶矢量四元數在失效衛星本體系中的表達；是失效衛星相對于服務航天器的相對角速度矢量在失效衛星本體系中的表達；是失效衛星相對于服務航天器的相對速度矢量在失效衛星本體系中的表達；

對偶矢量四元數的動力學方程為：

定義運算：

以及：

其中，且為失效衛星三軸轉動慣量矩陣；

2.根據權利要求1所述的自適應非接觸式失效衛星的形態參數測算方法，其特征在于：形態參數狀態為：

其中，為轉動慣量比值對偶矢量四元數，J_Bx、J_By、J_Bz分別為失效衛星三軸轉動慣量；為失效衛星質心位置對偶矢量四元數，ρ＝[ρ_xρ_y ρ_z]為失效衛星質心位置矢量在失效衛星本體系的表達。

3.根據權利要求2所述的自適應非接觸式失效衛星的形態參數測算方法，其特征在于：測量相對距離的觀測方程為：

其中，q_m、r_m為測量的失效衛星相對服務航天器的相對姿態四元數與相對距離，ν_m為觀測噪聲。