改進(jìn)粒子濾波算法在導(dǎo)航星座自主定軌技術(shù)中的應(yīng)用.pdf

1、導(dǎo)航星座自主定軌的系統(tǒng)模型屬于非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)和誤差的分布并不嚴(yán)格滿足高斯分布。傳統(tǒng)的EKF算法應(yīng)用于非線性系統(tǒng)時(shí)需要先將系統(tǒng)線性化處理，且要求狀態(tài)和觀測(cè)嚴(yán)格服從高斯分布，在實(shí)際應(yīng)用中勢(shì)必帶來(lái)舍入誤差；非線性的UKF算法雖然避免了線性化誤差，但是仍然要求輸入量為高斯分布，且采樣點(diǎn)數(shù)目固定，靈活性較差；再者，在應(yīng)用于高維狀態(tài)量的系統(tǒng)時(shí)，UKF算法耗時(shí)嚴(yán)重，實(shí)時(shí)性很差。
　　為解決上述問(wèn)題，本文研究了最適用于非線性、非高斯系統(tǒng)的粒

2、子濾波算法，并針對(duì)粒子濾波對(duì)模型依賴嚴(yán)重、計(jì)算量大、實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題進(jìn)行了研究和算法改進(jìn)。主要的研究工作如下：
　　1、在研究導(dǎo)航星座自主定軌基本理論的基礎(chǔ)上，概括出了濾波模型，包括作為狀態(tài)模型的軌道攝動(dòng)方程，介紹了主要攝動(dòng)力；以及作為觀測(cè)模型的星間偽距觀測(cè)和星間定向觀測(cè)模型，介紹了兩種觀測(cè)量的獲取條件和觀測(cè)方程的計(jì)算方法。
　　2、在僅采用星間距離觀測(cè)的情況下，為克服非線性非高斯的限制，本文采用粒子濾波算法來(lái)提高長(zhǎng)期定軌精度

3、。將EKF算法與PF算法相結(jié)合，以此克服PF算法對(duì)模型的嚴(yán)重依賴，并針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)EKPF算法應(yīng)用于高維系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)，提出了改進(jìn)EKPF算法。改進(jìn)EKPF算法不僅克服了EKF算法應(yīng)用的種種限制，而且有效改進(jìn)了PF算法和標(biāo)準(zhǔn)EKPF算法的實(shí)時(shí)性。
　　3、僅采用星間偽距作為觀測(cè)量，只能保證星座內(nèi)衛(wèi)星的相對(duì)位置的準(zhǔn)確性，不能修正星座的整體旋轉(zhuǎn)誤差，有學(xué)者提出引入星間定向觀測(cè)量，但是觀測(cè)量的增加卻以損失實(shí)時(shí)性為代價(jià)。為此本文提出引入聯(lián)邦

4、粒子濾波算法，將星間測(cè)距與星間測(cè)向分別作為兩個(gè)局部濾波器，采用本文提出的改進(jìn)EKPF算法作為局部濾波算法；并且在信息融合過(guò)程中引入生物進(jìn)化論的思想，提出了基于生物進(jìn)化論的聯(lián)邦粒子濾波算法（EFPF算法），將最優(yōu)估計(jì)值的獲得模擬為“優(yōu)勝劣汰，物競(jìng)天擇”的生物進(jìn)化結(jié)果。
　　4、最后，本文利用GPS星座的IGS星歷數(shù)據(jù)對(duì)改進(jìn)EKPF和EFPF算法的有效性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，通過(guò)設(shè)計(jì)的多組實(shí)驗(yàn)證明了以上兩種算法在定軌精度和算法實(shí)時(shí)性方面的優(yōu)