[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

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• 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

本發(fā)明公開了一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的小衛(wèi)星在軌推力標(biāo)定方法，根據(jù)小衛(wèi)星在軌運行情況，建立基于高斯變分方程的小衛(wèi)星動力學(xué)模型，小衛(wèi)星動力學(xué)模型中考慮包括J2攝動、太陽光壓和第三體引力的多種攝動力，基于小衛(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，在濾波器內(nèi)對狀態(tài)預(yù)測進(jìn)行更新。對小推力大小和其本體坐標(biāo)系下的方向進(jìn)行在軌標(biāo)定。本發(fā)明可以在軌標(biāo)定多種攝動力下小衛(wèi)星的推力，保證了小推力機動的有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器軌道運動技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的小衛(wèi)星在軌推力標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

近幾年，隨著空間資源的不斷減少，空間衛(wèi)星越來越趨向于小型化，小衛(wèi)星具有體積小、質(zhì)量輕、反應(yīng)快速、性價比高等優(yōu)點，隨著小衛(wèi)星任務(wù)數(shù)量的增加和小衛(wèi)星技術(shù)的不斷提高，小衛(wèi)星的發(fā)展已進(jìn)入到一個高速階段。

由于小衛(wèi)星本身質(zhì)量小，能夠攜帶的燃料較少，因此為了實現(xiàn)小衛(wèi)星在軌的快速機動能力，需要采用小推力的推進(jìn)形式。小推力既可用于小衛(wèi)星的姿態(tài)控制、軌道調(diào)整和機動等，也能進(jìn)行小衛(wèi)星的編隊任務(wù)，因此小推力機動在小衛(wèi)星任務(wù)上的應(yīng)用前景很廣闊，其研究工作越來越受到重視。

傳統(tǒng)的推力標(biāo)定方法，一般在地面對推力發(fā)動機進(jìn)行推力測試，通過對推力參數(shù)的測量，以得到的實驗數(shù)據(jù)對發(fā)動機進(jìn)行改進(jìn)。但是，由于太空環(huán)境溫度、壓力等的特殊性，地面測量技術(shù)手段有限，很難實現(xiàn)小衛(wèi)星推力的高精度標(biāo)定。為了保證小推力機動的有效性，需要對其進(jìn)行在軌標(biāo)定。現(xiàn)存的在軌標(biāo)定方法，僅僅考慮了存在推力的情況，考慮的攝動有限，造成所標(biāo)定的推力精度有限。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的小衛(wèi)星在軌推力標(biāo)定方法，使用該方法能夠?qū)⑿⌒l(wèi)星在軌運動的動力學(xué)模型進(jìn)行狀態(tài)擴(kuò)維，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器對衛(wèi)星軌道信息進(jìn)行預(yù)測更新，對小推力大小和其本體坐標(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。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

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，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。

優(yōu)選的：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。

優(yōu)選的，小衛(wèi)星動力學(xué)模型如下：