[发明专利]一种航天器姿态确定方法

权利要求书

1.一种航天器姿态确定方法，其特征在于：采用星敏感器、陀螺为姿态敏感器，利用扩展卡尔曼滤波法EKF与粒子滤波法相结合的改进粒子滤波法，实现航天器姿态确定；

所述的方法包括如下步骤：

步骤1、根据选定的敏感器测量特性，搭建敏感器模型

1-1)采用三个星敏感器同时工作，利用星敏感器的测量数据，通过改进的粒子滤波方法对卫星姿态的估计进行校正，并估计陀螺常值漂移，得到星敏感器测量值为真实值；

1-2)确定陀螺测速模型；

步骤2、根据航天器建立姿态运动学模型

采用欧拉角方式，建立姿态运动学模型，星体姿态运动学方程采用312转动方式，得到航天器的姿态运动学模型；

步骤3、根据敏感器模型与航天器的姿态运动学模型，得到状态方程与观测方程

3-1)以轨道坐标姿态角和陀螺常值漂移为系统状态变量，以陀螺输出角速度的测量值为输入，根据航天器的姿态运动学模型得到状态方程：

3-2)以姿态控制系统的观测值为星敏感器的输出，获得观测方程；

观测方程的形式为：

Z＝HX+V

H=100000010000001000]]>

Z为观测值，H测量状态方程，V为测量噪声，V＝[7.7×10^-8 7.7×10^-8 7.7×10^-8]^T，X为系统状态变量；

步骤4、采用改进的粒子滤波算法，实现航天器的姿态确定

4-1)初始化

4-2)用EKF进行粒子更新

用EKF进行粒子更新状态的一步提前预测为：

x^k|k-1i=f(xk-1i,0)]]>

状态预测误差协方差阵为：

Pk|k-1i=fk-1Pk-1i(fk-1)T+Qk-1]]>

滤波增益为：

Kki=Pk|k-1iHkT(HkPk|k-1iHkT+Rk)-1]]>

状态滤波更新为：

x^k|ki=x^k|k-1i+Kki(Zk-H(x^k|k-1i,0))]]>

预测误差协方差阵为：

Pki=Pk|k-1i-KkiHkPk|k-1i]]>

其中

Hk=∂H(x^k,0)∂xk|xk=x^k|k-1]]>

fk-1=∂fk-1(xk-1,0)∂xk-1|xk-1=x^k-1|k-1;]]>

k代表迭代更新至第k步，为第k-1步第i个粒子的状态方程；为第k步第i个粒子的状态预测误差的协方差阵；f_k-1为第k-1步的状态转移矩阵；为第k-1步第i个粒子的状态误差协方差阵；为第k步第i个粒子的滤波增益；为第k步第i个粒子的状态估计值的观测矩阵；为第k步第i个粒子的预测误差协方差阵；Q_k-1为系统噪声的协方差阵；R_k为量测噪声的协方差阵；Z_k为观测量；为第k步对每个粒子的观测矩阵求和；f_k-1(x_k-1，0)为第k-1步对每个粒子的状态方程求和；

4-3)计算权值

权值计算公式为：

采样

计算权值

权值归一化得：

为第i个粒子xⁱ_k的归一化权值；

4-4)重新采样，重新采样得到新的粒子集合，并重新分配粒子权值重采样为：

从中根据归一化权值重新采样得到新的N个粒子的集合，并重新分配粒子权值得：

4-5)输出状态估计。