[發明專利]一種基于輔助狀態參數的脈沖機動檢測方法

在審

• 申請號: 202111043910.4
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113790727A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 黃普;淡鵬;汪彬;王奧;張重陽;李海玥;張楊
• 申請（專利權）人: 中國西安衛星測控中心
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 涂秀清

1.一種基于輔助狀態參數的脈沖機動檢測方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟1、建立目標在地心J2000慣性系下的機動動力學模型，在狀態向量中增加輔助參數；

步驟2、根據步驟1建立的機動動力學模型，進行無味卡爾曼濾波，估計機動檢測輔助參數；

步驟3、在步驟2得到輔助參數估計結果下，根據輔助變量的特性，判斷檢測目標機動。

2.如權利要求1所述的一種基于輔助狀態參數的脈沖機動檢測方法，其特征在于，所述步驟1中機動動力學模型在位置、速度、加速度狀態量的基礎上，引入輔助參數，完成加速度的一階模型建立。

3.如權利要求2所述的一種基于輔助狀態參數的脈沖機動檢測方法，其特征在于，所述步驟1加速度的一階模型建立過程如下：

步驟1.1、設置機動目標狀態向量為，X＝[r,v,a,b]；r為目標位置，r＝(x,y,z)^T，v為目標速度，a為目標加速度，b為輔助參數，為每秒消耗的質量，m為目標質量；

對輔助參量進行求導，可得：考慮到目標的比沖為當F不變時，比沖Isp也不變，即建立輔助參數的微分模型b'＝b²；

步驟1.2、建立目標機動動力學模型：

式(1)中，g_r為引力加速度在地心矢徑上的分量，g_w為引力加速度在地球自轉軸矢量上的分量，其中J₂＝1.08263×10^-3為二階帶諧項系數；μ＝3.986005×10¹⁴m³/s²為地球引力常數；R_e＝6378140.0m為地球赤道半徑；r為目標位置矢量的模，z為目標位置矢量z方向的值，為ECI天球北極；p為推力方向矢量。

4.如權利要求1所述的一種基于輔助狀態參數的脈沖機動檢測方法，其特征在于，所述采用無味卡爾曼濾波UKF算法完成狀態估計的具體步驟為：

步驟2.1、采用合作式目標UKF濾波軌道，確定狀態初始化；

狀態變量濾波初值：其中，r和是初始位置和速度，a為初始加速度，b為初始輔助變量，默認為0；初始方差矩陣：P₀＝diag(1.0e4,1.0e4,1.0e4,10,10,10,1,0.0002)，diag為對角矩陣運算；過程噪聲協方差矩陣：Q＝diag(0,0,0,1.0e-5,1.0e-5,1.0e-5，0，0)；觀測噪聲協方差矩陣：R＝diag(100,0.05,0.05,1)；

步驟2.2、無味變換，計算采樣點，將濾波狀態初值按照公式(2)(3)計算相應的采樣點和權值，采樣點共2n+1個，因為n為狀態變量的個數，共8個，采樣點為17個；

式(2)中，為(n+κ)P_xx的平方根矩陣的第i行或列；

對應的權值：

其中，ω_i為第i個Sigma點的權值；κ為比例參數，用于調節Sigma點和x的距離，僅影響二階之后的高階矩帶來的偏差；α為正值的比例縮放因子，控制Sigma點的分部范圍，通常取(0，1)的一個較小的值，β為引入f(·)高階項信息的參數；本發明中，κ＝-5,α＝0.5,β＝2；

步驟2.3、狀態預測；

通過采樣點加權處理，獲得狀態向量的一步預測狀態值和狀態方差矩陣，同時，根據一步預測狀態值計算出一步預測觀測值；

式中，f(·)為狀態方程，H(·)為觀測方程；

步驟2.4、測量預測，通過采樣點加權處理，獲得根據觀測值的一步預測方差矩陣和狀態觀測協方差矩陣；

步驟2.5、增益計算，根據一步預測方差矩陣和狀態觀測協方差矩陣計算無味卡爾曼濾波器的濾波增益；

步驟2.6、狀態更新，按照上述步驟計算的結果，計算下一時刻的狀態值和狀態方差矩陣；

5.如權利要求4所述的一種基于輔助狀態參數的脈沖機動檢測方法，其特征在于，所述步驟3的具體過程為：根據步驟2中無味卡爾曼濾波的估計結果，進行假設檢驗；首先，記錄濾波器穩定后的輔助參數均值和方差，濾波穩定以濾波殘差為標志，當濾波殘差連續180秒在P_YY(k+1,k)對角線的3倍門限值以內，認為此時濾波進入穩定狀態；其次，計算輔助變量在正態分布中的分布概率，正態分布的均值為輔助參數均值，方差為輔助參數方差，計算結果為pdf(b)；最后，以1-pdf(b)的值判斷目標是否機動，構建假設函數；當H0：1-pdf(b)的值大于95％，則表示機動；當H1：1-pdf(b)的值小于95％，則表示非機動。