[发明专利]一种基于可观测度分析的深空自主导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深空探测器自主轨道确定方法，属于航天航空领域。

背景技术

自主导航技术是目前深空探测任务的研究热点。自主导航是指探测器在不依赖地面站的条件下，仅依靠星载测量设备实时地确定探测器的位置、速度以及其它参数，是探测器自主运行技术的重要组成部分和关键技术。自主导航技术能减少操作的复杂性，增强探测器的自主生存能力，并为姿态控制、机动规划和轨道控制等方面的自主能力提供支持，从而扩展深空探测器的空间应用潜力。

随着航天技术的发展，深空探测任务的科学目的和实施方式逐渐趋向多元化，这给自主导航系统提出了更高的要求。为了得到高精度的轨道参数估计结果，深空探测器上往往配置多种类型的导航敏感器，自主导航系统需要处理不同传感器不同类型的测量信息。导致不同类型的观测信息的利用率降低，同时降低了自主导航系统的自适应能力和可靠性，如何通过信息融合技术综合利用各种测量信息，提高自主导航系统的可靠性和鲁棒性是当前深空自主导航技术面临的一个重要研究方向。

发明内容

本发明的目的是为解决现有自主导航系统综合利用不同观测模型提供测量信息时，需要处理不同传感器不同类型的测量信息，从而导致观测信息的利用率降低，同时降低了自主导航系统的自适应能力和可靠性的问题，提出了一种基于可观测度分析的深空自主导航方法。它的具体步骤为：

步骤一：建立深空探测器基于地月转移轨道动力学模型的深空自主导航系统的状态模型；

步骤二：建立深空探测器基于地月转移轨道的地心视线矢量观测模型和月心视线矢量观测模型；

步骤三：采用非线性系统可观测度分析方法对步骤一的自主导航系统的状态模型与步骤二获得的地心视线矢量观测模型和月心视线矢量观测模型进行分析；获得地心视线矢量观测模型下自主导航系统的可观测度和月心视线矢量观测模型下自主导航系统的可观测度；

步骤四：对步骤三获得的地心视线矢量观测模型下自主导航系统的可观测度和月心视线矢量观测模型下自主导航系统的可观测度分别进行动态确定信息分配因子；

步骤五：根据步骤四获得的信息分配因子，采用基于UKF的联邦滤波算法获得深空探测器的轨道参数；

步骤六：根据步骤五获得的深空控测器的轨道参数，实现深空自主导航。

本发明的有益效果：采用本发明方法的自主导航系统不需要处理不同传感器不同类型的测量信息，本发明为多种类型导航传感器下不同观测模型的信息融合技术提供一种有效途径；本发明利用不同观测模型对应的自主导航系统的可观测度动态确定信息分配因子，能够直观地反映观测时刻子系统的估计精度，提高了不同观测信息的利用率，进而提高了导航系统的自适应能力和可靠性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；图2为具体实施方式三所述的地心视线矢量和月心视线矢量的观测模型示意图；图3为本发明方法获得深空自主导航系统的轨道位置估计误差曲线，图4为本发明方法获得深空自主导航系统的轨道速度估计误差曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于可观测度分析的深空自主导航方法，具体步骤为：

步骤一：建立深空探测器基于地月转移轨道动力学模型的深空自主导航系统的状态模型；

步骤二：建立深空探测器基于地月转移轨道的地心视线矢量观测模型和月心视线矢量观测模型；

步骤三：采用非线性系统可观测度分析方法对步骤一的自主导航系统的状态模型与步骤二获得的地心视线矢量观测模型和月心视线矢量观测模型进行分析；获得地心视线矢量观测模型下自主导航系统的可观测度和月心视线矢量观测模型下自主导航系统的可观测度；

步骤四：对步骤三获得的地心视线矢量观测模型下自主导航系统的可观测度和月心视线矢量观测模型下自主导航系统的可观测度分别进行动态确定信息分配因子；

步骤五：根据步骤四获得的信息分配因子，采用基于UKF的联邦滤波算法获得深空探测器的轨道参数；

步骤六：根据步骤五获得的深空控测器的轨道参数，实现深空自主导航。

本实施方式步骤五所述的采用基于UKF的联邦滤波算法获得深空探测器的轨道参数，避免了对状态方程和观测方程的线性化，不存在高阶项截断误差，提高了子系统的滤波精度和稳定性，进而极大地改善了自主导航系统的性能。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一所述的一种基于可观测度分析的深空自主导航方法的不同之处在于，步骤一中所述的深空自主导航系统的状态模型为：