[發(fā)明專利]一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的小衛(wèi)星在軌推力標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011212314.X
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112393835B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安效民;張軍華;鄭子軒
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)深圳研究院;西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01L5/13
• 分類號: G01L5/13;G01L25/00;G01M15/00;G06F30/15
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的小衛(wèi)星在軌推力標(biāo)定方法，其特征在于，包括如下過程：

建立地球慣性坐標(biāo)系和衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系，小衛(wèi)星在以地球為中心的橢圓軌道上運行；

結(jié)合地球慣性坐標(biāo)系、衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系、J2攝動、太陽光壓、第三體引力和軌道六要素建立基于高斯變分方程的小衛(wèi)星動力學(xué)模型；

基于所述小衛(wèi)星動力學(xué)模型，進(jìn)行擴(kuò)展卡爾曼濾波的算法設(shè)計，得到擴(kuò)展卡爾曼濾波器，在擴(kuò)展卡爾曼濾波器內(nèi)對小衛(wèi)星的狀態(tài)預(yù)測進(jìn)行更新，對小推力大小和小衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的方向進(jìn)行在軌標(biāo)定的仿真驗證，實現(xiàn)小衛(wèi)星的小推力在軌標(biāo)定；

地球慣性坐標(biāo)系EXYZ中，坐標(biāo)系原點在地心E，X軸指向春分點，Z軸垂直于地球赤道平面向上，Y軸滿足右手法則；

衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系Txyz中，坐標(biāo)系原點在衛(wèi)星質(zhì)心T，z軸沿衛(wèi)星矢徑方向，指向地心，y軸垂直于軌道平面，x軸沿速度方向，遵循右手法則；

小衛(wèi)星動力學(xué)模型如下：

其中，F(xiàn)_T+F_J2+F_SRP+F_M＝[F_x,F_y,F_z]^T，分別F_T為小推力，F(xiàn)_J2為J2攝動力，F(xiàn)_SRP為太陽光壓攝動力，F(xiàn)_M為第三體攝動力；a為軌道半長軸，e為偏心率，i為軌道傾角，f為真近點角，Ω為升交點赤經(jīng)，ω為近地點幅角，h為角動量，p為半通徑，r為位置矢量的大小，t為時間；

在地球慣性系下的太陽光壓引起的攝動力為：

式中，表示地球慣性系下太陽到小衛(wèi)星的位置矢量，AU表示地球到太陽的距離，P表示單位AU距離下的太陽光壓力，ν表示地球的陰影函數(shù)，C_r表示輻射壓力系數(shù)，m表示小衛(wèi)星的質(zhì)量，A表示小衛(wèi)星的橫截面積；

在地球慣性系下的第三體引力引起的攝動力為：

式中，r_M,r分別表示地球慣性系下第三體的位置矢量和衛(wèi)星的位置矢量，其中，所述第三體包括太陽或者月球，AU表示地球到太陽的距離，G為萬有引力常量，M表示太陽或者月球的質(zhì)量，m表示衛(wèi)星的質(zhì)量，A表示衛(wèi)星的橫截面積。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的小衛(wèi)星在軌推力標(biāo)定方法，其特征在于，所述擴(kuò)展卡爾曼濾波器如下：

其中，為k時刻狀態(tài)最優(yōu)估值，為k+1時刻狀態(tài)最優(yōu)估值，是由用狀態(tài)模型推算獲得的k+1時刻的預(yù)測狀態(tài)量，是離散化的系統(tǒng)方程，目的是得到k+1時刻的狀態(tài)預(yù)測值，既是時間t的非線性函數(shù)，又是k時刻狀態(tài)最優(yōu)估值的非線性函數(shù)；Γ_k為k時刻的系統(tǒng)干擾矩陣，W為系統(tǒng)干擾量，K_k+1為k+1時刻的增益矩陣，Z_k+1為k+1時刻的量測值，h為角動量，P_k+1|k為k時刻轉(zhuǎn)移至k+1時刻的預(yù)測誤差方差矩陣，H_k+1為k+1時刻的量測矩陣，R_k+1為k+1時刻的量測噪聲方差矩陣，Φ_k+1,k為系統(tǒng)從k時刻轉(zhuǎn)移至k+1時刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，P_k為k時刻的濾波(估計)誤差方差矩陣，Q_k為k時刻系統(tǒng)干擾誤差矩陣，I為單位矩陣。