[发明专利]一种多源干扰环境下抗干扰姿态确定方法与测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种多源干扰环境下抗干扰姿态确定方法与测试平台及测试方法，所涉及的平台是一种通用化的测试平台，能够提供不同类型的干扰，并能为不同类型抗干扰姿态确定方法提供测试对比分析平台；所涉及的抗干扰姿态确定方法能够对航天器姿态确定系统遭受的多源干扰进行干扰补偿和抑制，能够有效的提高姿态确定精度。本发明属于航天器的高精度姿态确定领域。

背景技术

卫星、航天飞机等航天器在整个任务周期内，都需要获知精确的姿态信息，继而才能够完成高精度的姿态控制，从而能够顺利完成指定任务。从人类1957年首颗航天器发射升空以来，研究者对于航天器的姿态确定系统的重要组成部分敏感器展开了卓有成效的研究工作，期望不断提升敏感器的精度来提高姿态确定系统的精度，但是随着任务以及材料和科技水平所限，敏感器的精度并不能一直得到提升。此外敏感器的精度不仅仅受自身的限制，同时还会受到搭载敏感器的航天器的影响，此部分影响并不能在敏感器设计过程中给与除去，因此广大的研究者针对姿态确定算法开展了研究。传统的Kalman滤波逐渐成为绝大多数航天器姿态确定算法的核心部分。在航天器系统仅仅受到高斯白噪声影响时，Kalman滤波能够很有效的完成姿态确定的目标，但是航天器系统工作环境恶劣，导致航天器系统会受到多来源的外部扰动，会给姿态确定系统敏感器都带来多类型的噪声级扰动，卡尔曼滤波的精度将会受到极大的影响，甚至导致发散现象，将会极大的影响姿态确定系统正常工作，甚至影响到整个航天器的工作寿命。专利ZL200910086896.9提出了一种复合分层抗干扰滤波器，从理论上对多源干扰系统开展了滤波理论研究，但是存在非线性项无法离散化，所研究算法无法为工程所实用，此外对于干扰的处理，仅仅从理论分析角度分类为外部有模型、随机干扰、能量有界干扰等，并没有从实际敏感器系统存在的实际干扰一阶马尔科夫噪声、高斯白噪声和载体振动谐波噪声等实际系统噪声，该专利只针对一类外部模型干扰采用干扰补偿，其余的直接采用鲁棒H_∞和保成本的滤波器直接抑制，从根源上忽略了剩余部分噪声的可补偿性，并没有做到对干扰知己知彼，对症下药，从根源上会损失一部分滤波精度；

姿态控制系统测试平台已经在航天器研制过程中得到了广泛应用，国内外多家机构均研制出了姿态控制系统测试平台，但现有的姿态控制系统通常针对特定任务型号的航天器而研制，未见专用于研究姿态确定系统方法性能的测试平台，更无法用于多源干扰环境下抗干扰姿态确定方法的测试、分析与评估。专利201610196202.7和201610195891.X都初步提出了搭建一套针对姿态确定系统的测试平台，但是存在的共性问题是除了由敏感器自身带来的量测噪声外，无法模拟由于外部载体环境振动等带来的影响，无法完全模拟姿态确定系统所遭受的噪声，此外该专利在开展多类姿态确定算法测试对比分析时，一次开机过程只能验证一类方法，无法在线切换姿态确定方法，也无法在线进行测试数据的传输存储以及测试对比分析。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、通用性强的姿态确定测试平台及测试方法，用于各类姿态确定算法测试对比分析，此外提供了一种针对航天器系统实际存在的一阶马尔科夫噪声、谐波噪声以及白噪声等多源干扰的抗干扰姿态确定方法，能够直接工程化实用，且能够有效提高航天器姿态确定系统的精度。