[发明专利]火星大气进入段消除测量数据中系统误差的两步滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及火星大气进入段消除测量数据中系统误差的两步滤波方法。属于航天导航技术领域。

背景技术

火星大气进入段是整个火星进入、下降、着陆阶段不确定因素最多，状态变化最快，气动环境最复杂、精确着陆任务，火星大气进入段对着陆精度影响最大的阶段，因此要实现飞行器的精确状态估计是必须得到保证的。未来采样返回与载人登陆等火星任务要求着陆误差不超过1km，对火星大气进入段导航精度的要求势必会更高，故有必要对火星大气进入段的导航算法进行研究。然而，决定火星大气进入段导航精度有两个先决条件：

一、火星大气进入段导航滤波的动力学模型必须精确；

二、高精度的传感器和进入导航算法。

滤波方法是非常常见的一种确定飞行器状态估计的方法。传统的滤波方法要求动力学系统和量测系统的精确已知。但是，在实际工程应用中动力学系统和量测系统很难精确得到。在火星大气进入段中，由于飞行器初始进入界面的状态具有不确定性，动力学模型中的时变参数具有不确定性，大气密度具有不确定性，飞行器本身特性具有不确定性等等不确定性。这些不确定性导致动力学系统很难精确得到，具有未知的偏差输入。另外现有量测手段有限，现有的可以应用于火星大气进入段的量测手段有惯性导航量测方法和无线电测距方法，使得量测系统存在未知的量测系统误差，例如无线电测距信标误差、无线电信号传递误差以及接收误差。这些动力学系统偏差和测量系统中的未知测量系统误差对确定飞行器的最终状态影响很大，过大的偏差和误差会导致状态误差的增大甚至发散，引起飞行器的导航误差、降低导航精度。

基于以上的实际情况，建立了火星大气进入段消除测量数据中系统误差的两步滤波方法，该方法对滤波量测系统的未知误差不敏感，可以很好地应用于火星大气进入段飞行器的状态精确估计以满足未来火星的探测任务。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种火星大气进入段消除测量数据中系统误差的两步滤波方法，以减小飞行器状态估计误差，提高其状态估计精度。

2、技术方案：本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明一种火星大气进入段消除测量数据中系统误差的两步滤波方法，其步骤如下：

步骤一、建立基于火星大气进入段飞行器的工程实际方程：离散时间下的动力学系统和量测系统

x_k+1=f(x_k)+B_ku_k+w_k   (1)

z_k=h(x_k)+H_kd_k+v_k   (2)

其中x_k表示系统状态量，z_k是测量系统测量值，u_k是状态方程的确定性控制项,d_k是未知的量测系统误差；非线性方程f(·）和h(·)分别是状态转移方程和量测方程并且关于x_k可微；矩阵B_k和H_k具有恰当的维数；w_k和v_k分别是动力学系统噪声向量和量测噪声向量，其方差阵分别为Q_k和R_k，它们是不相关的高斯白噪声满足以下式子：