快速機(jī)動(dòng)衛(wèi)星姿態(tài)確定算法研究.pdf

1、衛(wèi)星在處于快速機(jī)動(dòng)狀態(tài)時(shí),其系統(tǒng)模型非線性程度較高,直接采用穩(wěn)態(tài)時(shí)的姿態(tài)確定算法會(huì)產(chǎn)生較大的系統(tǒng)模型誤差,從而使得濾波精度大幅下降。針對(duì)這種情形,本文引入了不同估計(jì)方法,分別從不同的系統(tǒng)假設(shè)與估計(jì)準(zhǔn)則出發(fā),設(shè)計(jì)針對(duì)快速機(jī)動(dòng)衛(wèi)星的姿態(tài)確定算法。同時(shí),針對(duì)星敏感器在衛(wèi)星快速運(yùn)動(dòng)時(shí)容易故障的情況,設(shè)計(jì)了星敏感器的故障診斷與隔離算法。本文的具體研究工作如下:
　　簡(jiǎn)要介紹衛(wèi)星姿態(tài)確定基礎(chǔ)知識(shí),建立描述衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)方程,

2、針對(duì)本次研究所采用敏感器,建立其測(cè)量模型。
　　引入擴(kuò)展卡爾曼濾波算法(EKF),對(duì)于系統(tǒng)狀態(tài)方程做近似線性化并建立姿態(tài)確定算法。針對(duì)線性化模型與真實(shí)模型偏差較大的情況,引入非線性預(yù)測(cè)濾波理論,對(duì)于系統(tǒng)模型誤差做出假設(shè),基于模型誤差最小準(zhǔn)則,通過(guò)狀態(tài)觀測(cè)校正線性化模型,使其更接近于真實(shí)模型,再針對(duì)校正后的系統(tǒng)模型進(jìn)行濾波,從而得到高精度的狀態(tài)估計(jì)。
　　針對(duì)系統(tǒng)非線性強(qiáng)的特點(diǎn),引入基于無(wú)跡變換的卡爾曼濾波算法(UKF)。由于

3、UKF不對(duì)非線性系統(tǒng)做任何變換,從而使得其對(duì)于非線性系統(tǒng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性。針對(duì)UKF運(yùn)算量大的缺陷,引入超球面采樣點(diǎn)分布變換(SSUT),使得系統(tǒng)采樣點(diǎn)數(shù)目大幅減少,在基本保持原有濾波精度的基礎(chǔ)上大幅減少了運(yùn)算量。
　　引入魯棒濾波算法,將近似線性化系統(tǒng)與原系統(tǒng)模型誤差看作能量有限的噪聲,針對(duì)系統(tǒng)模型中存在不確定項(xiàng),無(wú)法直接得到狀態(tài)估計(jì)誤差方差矩陣的情況,引入矩陣不等式變換,得到了誤差方差矩陣上限最小的估計(jì)準(zhǔn)則,對(duì)于系統(tǒng)模型存在不確