[发明专利]基于天地基协同滤波非合作航天器轨道实时确定方法

权利要求书

1.基于天地基协同滤波的非合作航天器轨道实时确定方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤1：构建天地基协同滤波定轨流程

构建地基观测方程，并利用地基雷达或光学设备对非合作航天器进行测量，收集观测数据；构建天基观测方程，并利用天基雷达或光学设备对可见非合作航天器进行测量，收集观测数据；对地基和天基测量数据进行融合，利用初定轨算法对统一格式数据进行初轨确定；基于地基滤波方程、天基滤波方程和天地协同滤波方程，进行轨道跟踪滤波，实现实时融合轨道确定；

步骤2：构建地基滤波方程

相对轨道结合非合作航天器运动模型、地基设备观测模型，基于UKF滤波（UnscentedKalman Filter，无迹卡尔曼滤波）算法构建地基滤波方程，具备处理地基观测数据并进行地基滤波定轨的功能，同时可输出估计误差协方差，供后续天地基协同滤波方程应用；利用地基设备获取的光学、雷达测角、测距数据，采用上述UKF滤波器进行实时滤波轨道计算；

步骤3：构建天基滤波方程

结合非合作航天器运动模型、天基设备观测模型，基于EKF滤波（Extended KalmanFilter，扩展卡尔曼滤波）算法构建天基滤波方程，具备处理天基观测数据并进行天基滤波定轨的功能，同时可输出估计误差协方差，供后续天地基协同滤波方程应用；利用天基设备获取的天基光学、雷达测角、测距数据，采用上述EKF滤波器进行相对轨道实时滤波计算，相对轨道叠加天基观测平台轨道即可获得目标绝对轨道；

步骤4：天地协同融合滤波定轨

结合非合作航天器运动模型、天基设备观测模型、地基设备观测模型，基于协同滤波算法构建天地基协同滤波方程，当具备天基和地基有效观测数据时，融合地基滤波方程和天基滤波方程的误差协方差阵，通过信息分配因子确定子滤波器在滤波过程中所占的权重，得到可靠滤波结果；当无地基有效观测数据时，仅天基定轨子系统工作并输出定轨结果；当无天基有效观测数据时，仅地基定轨子系统工作并输出定轨结果。

2.根据权利要求1所述的基于天地基协同滤波的非合作航天器轨道实时确定方法，其特征为：所述步骤1进一步包括如下内容：

采用两位置矢量定轨方法进行初定轨计算；已知卫星在空间两点的位置矢量以及卫星飞过这两点的时间，则可以确定卫星轨道；假定在时间内航天器从矢量飞到，飞过的夹角，对应的偏近点角值为，则可由下式计算对应的速度矢量和，由此可根据观测数据计算出卫星的轨道状态：

（1）

其中，

（2）

（3）

至此，便可根据观测数据计算出卫星的轨道状态。

3.根据权利要求1所述的基于天地基协同滤波的非合作航天器轨道实时确定方法，其特征为：所述步骤2进一步包括如下内容：

所述非合作航天器运动模型建立如下：

系统状态变量为卫星在J2000.0地心平赤道坐标系中的位置矢量和速度矢量，即：

（4）

其中，上标表示转置，，分别为探测器在J2000.0地心平赤道坐标系下的位置矢量和速度矢量；将上式关于时间进行微分，则航天器运动的状态微分方程为：

（5）

其中，表示状态变量的非线性变换；非合作航天器的运动方程可表示为：

（6）

其中，为地球引力常数，为卫星到地心的距离，为非合作航天器所受的各种摄动力加速度。