一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法技术

本发明专利技术公开了一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法，简化了数据预处理过程；原理简单，可操作性强，易推广和使用，通过采用适于非线性系统的免导数UKF滤波算法，省去了计算雅克比矩阵带来的复杂数学推导过程，且外推模型可使用基于动力学的建模方法，也可使用非动力学的统计建模方法，具有较广泛的适用性；在滤波过程中可实时估计测量误差，提高了计算结果的可靠性和稳定性，为其推广提供了条件；本发明专利技术的实时滤波定位方法，适用于双向测量及单程测量外测数据定位计算，对单程测量外测数据，只需要在步骤一的外测数据规整过程中，将单程测距*2变为双程测距，发端站与收端站信息给定为相同站即可使用该方法。

A Real-time Filtering Location Method Using Deep Space Three-Directional Range Measurement and Data

The invention discloses a real-time filtering positioning method using three-dimensional measurement distance and data in deep space, which simplifies the data preprocessing process; the principle is simple, the maneuverability is strong, and it is easy to popularize and use. By adopting derivative-free UKF filtering algorithm suitable for non-linear system, the complex mathematical derivation process caused by calculating Jacobian matrix is omitted, and the extrapolation model can be based on dynamics. The modeling method can also use the non-dynamic statistical modeling method, which has wide applicability; the measurement error can be estimated in real time in the filtering process, which improves the reliability and stability of the calculation results and provides conditions for its popularization; the real-time filtering positioning method of the present invention is suitable for the positioning calculation of the two-way measurement and the one-way measurement external measurement data, and for the one-way measurement external measurement data. According to this method, only one-way ranging * 2 is changed into two-way ranging in the process of external data regulation in step 1, and the information of the originating station and the receiving station is given to the same station.

【技术实现步骤摘要】
一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法
本专利技术属于航天导航方法
，具体涉及一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法。
技术介绍
在深空探测器定位数据源中，除了常用的甚长基线干涉测量(VLBI)数据外，基于扩频及USB等统一测控设备的外测测量也是一类重要的观测数据。但由于深空探测任务电磁波传播时延较长，以及地球自转等因素影响，测站有时无法接收到对应的发射信号，使得传统的双向测距体制应用受限，这时就需要通过不同站的收发进行外测距离及距离变化率测量。另外，深空目标的USB外测测角数据精度较差，在定位计算中较少使用，此时就需要通过三个测站的测距观测来几何确定探测器位置，此种情况一般采用主站发射上行信号，经应答机相干转发后，两个副站及主站同时接收下行信号的方式进行距离测量(如图1所示)。在深空任务中，将这种通过一个站发送上行，另一个站(或多个站)接收下行信号进行距离测量的体制称作三向测量，而将一个站自发自收测量的情况称作双向测量。三向测量数据的测量元素包括三向测距(距离和)及三向测速(距离和变化率)，是深空探测任务的一类重要的观测数据。在深空探测任务中，三向测量数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、外测数据的规整及完善，包括测量数据信息及各个测量信息的有效性标志、收端站站址坐标、发端站站址坐标；步骤2、建立系统状态方程；步骤3、通过迭代算法解算数据对应探测器时间和发射端时间；步骤4、建立观测模型，在滤波计算中直接将观测模型建立在观测坐标系下，且以测量数据信息作为观测量；步骤5、采用UKF算法完成位置估算。

【技术特征摘要】
1.一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、外测数据的规整及完善，包括测量数据信息及各个测量信息的有效性标志、收端站站址坐标、发端站站址坐标；步骤2、建立系统状态方程；步骤3、通过迭代算法解算数据对应探测器时间和发射端时间；步骤4、建立观测模型，在滤波计算中直接将观测模型建立在观测坐标系下，且以测量数据信息作为观测量；步骤5、采用UKF算法完成位置估算。2.根据权利要求1所述一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法，其特征在于，步骤1所述测量数据信息包括距离和测量值、距离和变化率测量值。3.根据权利要求1所述一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法，其特征在于，步骤2具体过程为：在J2000地心惯性系下建立系统状态向量为：则轨道机动过程增广的动力学模型为：式(1)中gE、gM、gS分别为地球引力、月球引力、太阳光压摄动力产生的加速度，aF为推力加速度矢量，其大小为a，b为单位质量的质量变化率。4.根据权利要求3所述一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法，其特征在于，所述推力加速度矢量aF的计算，由探测器惯性系下的姿态四元数求得本体系到惯性系转换矩阵，记为M，以及已知的推力方向在探测器本体系下的方向矢量，记为Fb，即得到惯性系下推力矢量方向为MFb，然后乘上推力加速度大小a，得到推力加速度矢量。5.根据权利要求1所述一种使用深空三向测量距离和数据的实时滤波定位方法，其特征在于，步骤2具体过程为：以当前统计模型为积分模型，并将该积分模型扩充到三维空间，定义系统状态矢量为其中为加速度矢量，则k时刻到k+1时刻的系统状态外推方程为：式(2)中，F(k)为状态转移矩阵，U(k)为输入的状态矩阵，为当前加速度均值，w(k)为离散白噪声序列；状...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒年，淡鹏，张智斌，董卫华，王丹，黄普，黄岸毅，
申请(专利权)人：中国西安卫星测控中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61