[发明专利]基于恒星数目和构型的惯性/天文自适应滤波方法

说明书

本发明公开了一种基于恒星数目和构型的惯性/天文自适应滤波方法，属于组合导航技术领域。该方法包括如下步骤：S1、天文定姿误差建模；S2、推导基于恒星矢量数目和构型的惯性/天文自适应滤波方法；S3、惯性/天文自适应滤波方法有效性验证。本发明仿真结果表明，利用所设计的惯性/天文自适应滤波方法相比于传统卡尔曼滤波融合方法，能够实现对惯性导航信息和天文导航信息的最优利用，有效提高了组合导航系统输出精度。

技术领域

本发明涉及一种基于恒星数目和构型的惯性/天文自适应滤波方法，属于组合导航技术领域。

背景技术

天文导航系统输出精度高且误差不随时间累计，非常适合与惯导一起作为惯性/天文组合导航系统使用，惯性/天文组合导航系统被广泛应用于航天器、长航时飞机等。但天文导航的姿态精度也会随着观星条件变化而动态变化，卡尔曼滤波器的量测噪声决定了滤波器对该量测量的信任程度，固定的量测噪声不能实现对天文导航姿态的最优观测，需要设计一种量测噪声随着天文观测可信度动态调整的自适应卡尔曼滤波器，实现对惯性导航信息和天文导航信息的最优融合。

发明内容

本发明提出了一种基于恒星数目和构型的惯性/天文自适应滤波方法。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于恒星数目和构型的惯性/天文自适应滤波方法，包括以下步骤：

S1、通过星敏感器采集星光矢量，基于采集到的星光矢量数目和构型进行天文定姿误差建模；

S2、依据星光矢量对天文定姿误差的实际影响，推导基于恒星矢量数目和构型的惯性/天文自适应滤波方法；

S3、通过模拟星光矢量对惯性/天文自适应滤波方法进行有效性验证。

步骤S1包括以下步骤：

S11、天文导航定姿；

根据该像点位置，计算得到该恒星单位矢量在星敏感器坐标系中的位置信息，计算公式如下：

式中，s_k为第k颗恒星在星敏感器坐标系的单位向量坐标，u_k为恒星矢量投影像点的x方向坐标，v_k为恒星矢量投影像点的y方向坐标，f为焦距；

将载体坐标系记为O_b-x_by_bz_b，简记为b系，地心惯性坐标系为O_i-x_iy_iz_i，简记为i系，将星敏感器坐标系s系与载体坐标系b系视为重合，通过星敏感器即获得到恒星相对于载体坐标系的坐标为s₁、s₂、…s_n，其中s_k＝[x_sk y_sk z_sk]^T(k＝1,2,…n)；与此同时，通过导航星历计算得到这些恒星相对地心惯性坐标系的坐标为v₁、v₂、…v_n，其中v_k＝[x_ik y_ik z_ik]^T，则s_k与v_k的关系如下：

式中，v_k为第k颗星相对地心惯性坐标系的坐标矢量，s_k为第k颗星相对载体坐标系的坐标矢量，矩阵为星敏感器坐标系s系到地心惯性坐标系i系的姿态转换矩阵，矩阵为载体坐标系b系到地心惯性坐标系i系的姿态转换矩阵，s系与b系重合，两个矩阵等价；

记则根据式得：