非線性估計在衛(wèi)星參數(shù)標(biāo)定和姿態(tài)確定中的應(yīng)用方法研究.pdf

1、雖然非線性估計方法目前已非常豐富，但客觀來說，并不存在某一個估計方法可以“最好”地實現(xiàn)所有類型問題的估計，這在重力衛(wèi)星質(zhì)心在軌標(biāo)定、KBR相位中心在軌標(biāo)定和姿態(tài)確定這些實際估計問題中顯得尤為突出。因此，本文將非線性估計方法與這些實際估計問題相結(jié)合進行了系統(tǒng)的總結(jié)、分析和改進研究，旨在為這些實際估計問題的解決提供一個系統(tǒng)化的應(yīng)用平臺，同時為我國重力衛(wèi)星的研制提供一些參考。
　　首先，回顧和探討了Batch估計方法在重力衛(wèi)星質(zhì)心在軌標(biāo)

2、定和KBR相位中心在軌標(biāo)定這兩大關(guān)鍵技術(shù)中的應(yīng)用。其中，針對重力衛(wèi)星質(zhì)心在軌標(biāo)定問題，提出了一種MME/Batch相組合的估計方法。該方法通過磁力矩器給衛(wèi)星施加一個明顯大于干擾力矩的周期性磁力矩，將靜電加速度計量測信號分解為線性加速度和周期加速度兩種形式的組合，然后將陀螺儀量測信息代入MME算法中實現(xiàn)角加速度的估計，最后利用Batch估計算法實現(xiàn)衛(wèi)星質(zhì)心位置的求解。仿真結(jié)果表明該方法的魯棒性好，不需要衛(wèi)星的磁控輸入和動力學(xué)特性便可實現(xiàn)，

3、并且可以保證標(biāo)定精度。與此同時，為了提高重力衛(wèi)星的質(zhì)心在軌標(biāo)定精度，確保靜電加速度計盡可能準(zhǔn)確地安裝在重力衛(wèi)星質(zhì)心處，還將重力衛(wèi)星的質(zhì)心在軌調(diào)整任務(wù)引入至在軌標(biāo)定任務(wù)中，提出了采用多次“標(biāo)定——調(diào)整”的策略來降低重力梯度力由于被近似為線性加速度對質(zhì)心信息分離的影響。并且還通過仿真研究找到了有利于降低線性加速度近似誤差的最佳標(biāo)定時間段和最佳標(biāo)定位置。
　　其次，回顧和探討了基于遞推貝葉斯濾波的參數(shù)標(biāo)定方法及其在重力衛(wèi)星質(zhì)心在軌標(biāo)定和

4、KBR相位中心在軌標(biāo)定這兩大關(guān)鍵技術(shù)中的應(yīng)用。其中，針對參數(shù)標(biāo)定問題其狀態(tài)方程為線性的特點，以后驗均值估計為展開點對IEKF的一階Taylor級數(shù)展開線性化近似方法進行改進，從而優(yōu)化量測Jaccobian陣的選取，得到了一個校正IEKF方法，并將其應(yīng)用于非線性情況的KBR相位中心在軌標(biāo)定問題中。仿真結(jié)果表明該方法在不同的初始先驗誤差情況下均能取得較為一致的標(biāo)定結(jié)果。
　　最后，回顧和探討了遞推貝葉斯濾波方法在衛(wèi)星姿態(tài)確定問題中的應(yīng)

5、用。其中，針對存在顯著的未建模信息的強非線性狀態(tài)濾波問題，提出了一種預(yù)測粒子濾波方法以降低粒子濾波對數(shù)學(xué)模型的依賴性以及預(yù)測濾波對初始先驗信息的依賴性，并將該其應(yīng)用至無陀螺姿態(tài)確定問題中。仿真結(jié)果表明當(dāng)衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)模型誤差和姿態(tài)初始先驗誤差均很大時，該方法仍能精確地實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)確定。與此同時，為保證衛(wèi)星姿態(tài)確定問題的濾波精度和實時性，還提出了先采用基于預(yù)測粒子濾波的無陀螺姿態(tài)確定方法獲取準(zhǔn)確的姿態(tài)四元數(shù)信息后，再切換至基于EKF的有陀