[发明专利]一种基于抗差自适应UKF的光谱红移自主组合导航方法

说明书

本发明公开了一种基于抗差自适应UKF的光谱红移自主组合导航方法，通过太阳系天体星历信息，辅以星敏感器测量的航天器姿态信息，以及航天器所在空间内测量的光谱红移值解算出第一速度；通过惯性导航系统获取航天器的第二速度，并生成速度差；分别通过惯性导航和地磁定位系统测量航天器的第一水平位置和第二水平位置，并生成水平位置差；建立光谱红移/惯性导航/地磁组合导航系统的量测模型；通过交互多模型抗差自适应UKF进行最优估计，得到误差估计值；对惯性导航系统的导航参数修正，得到航天器的速度信息、位置信息和姿态信息；本发明可以有效降低由非线性特征以及系统模型不确定性引起的导航误差，适用于航天器对导航系统自主性和高精度的要求。

【技术领域】

本发明属于导航、制导与控制技术领域，尤其涉及一种基于交互多模型抗差自适应UKF的光谱红移自主组合导航方法。

【背景技术】

航天器的发展对导航系统在自主性、定位精度、可靠性等方面都提出了越来越高的要求，单一的导航系统由于自身固有的缺陷，已经难以满足要求。组合导航技术是指将两种或两种以上单一导航系统结合起来，构成一个全新的导航系统，目的是充分发挥单一导航系统的优点，使各导航系统之间进行优势互补，进而提高导航系统的定位精度，更好地满足用户对导航系统性能的要求。

由于惯性导航系统(INS)具有导航信息全面、结构简单、体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点，因此，目前国内外较为常见的组合导航系统都以INS为主导航系统，辅以卫星导航、大气数据、合成孔径雷达(SAR)等子系统，构成组合导航系统。

但是，随着航天器应用技术的不断发展，现有较为成熟的组合导航系统，如INS/GPS、INS/大气数据、INS/GNSS/CNS等组合导航系统。传统的组合导航方法均依赖频繁的航天器-地面站通讯和持续的人为操作，当航天器和地面站之间的通讯中断时，会丢失导航数据，导致导航精准度降低。

此外，为了方便计算，这些导航方法大多采用了线性方法来处理导航过程中的非线性特征，导致导航精度降低，并且当系统具有诸如模型参数突变、瞬时干扰、噪声统计未知时变、未知漂移等模型存在不确定性时，系统的导航精度会受到严重影响。自适应滤波是解决上述方法的一个重要途径，然而现有的自适应滤波存在实时性差、收敛性差，需要人工凭经验选取参数等缺陷。因此，传统的组合导航方法已无法满足航天器对导航系统越来越高的要求。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种基于抗差自适应UKF的航天器光谱红移自主组合导航方法，以解决传统导航方法由于和地面通讯中断以及线性方法处理导航系统非线性特征导致的导航精度低的问题。

本发明采用以下技术方案：一种基于抗差自适应UKF的光谱红移自主组合导航方法，包括：

通过太阳系天体星历信息、辅以星敏感器测量的航天器姿态信息、以及航天器所在空间内测量的光谱红移值解算出第一速度；第一速度为经坐标变换后航天器在导航坐标系内的速度；

通过惯性导航系统获取航天器的第二速度，并根据第一速度和第二速度生成速度差；分别通过惯性导航和地磁定位系统测量航天器的第一水平位置和第二水平位置，并根据第一水平位置和第二水平位置生成水平位置差；

根据速度差和水平位置差建立光谱红移/惯性导航/地磁组合导航系统的量测模型；

通过交互多模型抗差自适应UKF对量测模型和预先构建的非线性误差状态模型进行最优估计，得到导航误差估计值；

通过误差估计值对惯性导航系统的导航参数修正，得到航天器的速度信息、位置信息和姿态信息。

进一步地，量测模型具体为：

z(t)＝H(t)x(t)+v(t)，