[发明专利]一种多航天器系统下基于Fisher信息矩阵的脉冲星选星方法

说明书

本发明提供了一种多航天器系统下基于Fisher信息矩阵的脉冲星选星方法，包括第一步建立多航天器系统的动力学模型得到系统的状态方程、第二步建立多航天器系统基于脉冲星导航的观测模型得到系统的观测方程、第三步其于状态方程与观测方程构建多航天器系统下脉冲星导航的Fisher信息阵、第四步选择使指标函数达到最小值的脉冲星作为导航所观测的脉冲星，其中指标函数为第三步所得的多航天器系统下脉冲星导航的Fisher信息阵的逆矩阵的迹。本发明在构建选星指标时同时考虑了导航系统的动力学信息与观测信息，相对于只考虑观测信息的情况，本发明中的Fisher信息阵包含的信息更加全面，可以实现更有效的评估，导航精度更高。

技术领域

本发明涉及航天器导航技术领域，特别的，涉及一种基于Fisher信息矩阵的脉冲星选星方法，主要针对多航天器系统的导航任务。

背景技术

在轨运行的绝大多数航天器都作为独立的个体在空间执行任务。随着航天技术的发展，航天任务不再仅仅局限于单航天器形式，由多颗航天器组成的多航天器系统不断涌现，例如星座、编队与集群系统。多颗航天器之间彼此协同，互相配合，可以提升系统的性能，更好的完成各类航天任务。

导航定位是深空探测任务中的关键技术之一。当前航天器的导航信息大多通过地面测控系统提供，在轨航天器的日益增多极大增加了地面测控系统的负担。实现航天器的自主导航对于保障航天器的自主性十分必要。

脉冲星是一类中子星，其自转周期具有长期稳定性，可以作为宇宙中天然的导航信标与时钟。与卫星导航相比，脉冲星导航不受空间限制与人为干扰；相比于天文导航，脉冲星导航可以同时进行航天器的位置、姿态与时间确定。利用脉冲星作为信息源，可以为多航天器系统提供导航信息，实现多航天器系统的自主导航。

对于基于脉冲星观测实现自主导航的多航天器系统来说，如何选择所观测的脉冲星提高多航天器系统的导航性能，是利用脉冲星实现航天器自主导航所需要考虑的关键问题。

申请号为201110095075.9的专利提出了一种X射线脉冲星导航使用的选星方法，该方法仅对单颗航天器如何选择导航脉冲星进行了说明，没有考虑到多航天器系统如何选星。

申请号为201310117103.1的专利提出了一种基于Fisher信息矩阵的导航脉冲星选择方法，该方法在选星指标上仅仅考虑到航天器的观测信息，即脉冲星的空间位置，而没有对航天器的动力学信息进行考虑，导航系统的信息利用不充分，选星指标的可靠性相对较低。

发明内容

本发明目的在于提供一种多航天器系统下基于Fisher信息矩阵的脉冲星选星方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多航天器系统下基于Fisher信息矩阵的脉冲星选星方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，建立多航天器系统的动力学模型：根据多航天器系统中各个航天器的轨道动力学方程，建立多航天器系统的状态方程。

第二步，建立多航天器系统基于脉冲星导航的观测模型：两颗航天器接收同一脉冲星的脉冲信号，计算两个航天器的脉冲到达时间的差分量，将时间差分量转换成两颗航天器相对于SSB(太阳系质心)的位置在该脉冲星方向的投影距离，即得到两航天器的相对位置与该脉冲星之间的位置关系，基于该位置关系构建观测模型。

第三步，构建多航天器系统下脉冲星导航的Fisher信息阵：

将状态量的似然函数定义为与观测量有关的条件概率密度函数，并根据条件概率密度函数求观测信息对应的Fisher信息矩阵，得到多航天器系统下脉冲星导航的Fisher信息矩阵。

第四步，选择使指标函数达到最小值的脉冲星作为导航所观测的脉冲星，其中指标函数为第三步所得的多航天器系统下脉冲星导航的Fisher信息阵的逆矩阵的迹。