【技术实现步骤摘要】
一种基于CW方程的解耦变增益自主相对导航方法
本专利技术涉及卫星自主编队技术，尤其是两星编队运动CW方程的解耦变增益自主相对导航设计方法。
技术介绍
航天技术的发展，要求卫星能够自主实现编队、空间交会对接、在轨卫星捕获与维修以及深空探测等任务，自主相对导航是其关键技术。自主相对导航是指卫星通过星载计算机和星上相对导航测量设备，不借助地面等自主获得目标卫星的相对位置和相对速度。星上相对测量设备有激光雷达和微波雷达等，不需要目标卫星的应答信息，提供与目标卫星的视线距和两个视线角度信息。尤其对于非合作目标卫星，由于缺少对其通信链路，地面测定轨精度较低，自主相对导航是实现对其近距离编队、捕获等的唯一途径。现有的自主相对导航方案采用两星运动方程(CW方程)作为系统方程，扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)、粒子滤波作为滤波算法。此外，相对导航的滤波算法收敛时间是影响武器作战响应的关键因素之一。相对导航的收敛过程取决于两个要素：滤波初值的选取精度、滤波算法的增益设计。此前的算法表现出如下诸多缺点：1...
【技术保护点】
1.一种基于CW方程的解耦变增益自主相对导航方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一：建立追踪星轨道直角坐标系，作为相对导航的参考直角坐标系，建立该坐标系下CW方程，作为状态方程；/n步骤二：将星上雷达直接测量的星间数据转换到参考直角坐标系下，建立观测方程；/n步骤三：忽略轨道角速度的平方及其高阶项，分别对状态方程和观测方程进行解耦，设计解耦后各轴独立的卡尔曼滤波器，所述的卡尔曼滤波器为建立在参考直角坐标系下的标准线性系统；/n步骤四：在上述卡尔曼滤波器的基础上设计变增益滤波器，进行各轴相对运动状态估计，完成相对导航设计。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于CW方程的解耦变增益自主相对导航方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：建立追踪星轨道直角坐标系，作为相对导航的参考直角坐标系，建立该坐标系下CW方程，作为状态方程；
步骤二：将星上雷达直接测量的星间数据转换到参考直角坐标系下，建立观测方程；
步骤三：忽略轨道角速度的平方及其高阶项，分别对状态方程和观测方程进行解耦，设计解耦后各轴独立的卡尔曼滤波器，所述的卡尔曼滤波器为建立在参考直角坐标系下的标准线性系统；
步骤四：在上述卡尔曼滤波器的基础上设计变增益滤波器，进行各轴相对运动状态估计，完成相对导航设计。
2.根据权利要求1所述的基于CW方程的解耦变增益自主相对导航方法，其特征在于：所述的步骤一中，CW方程的公式为：
其中：状态变量wx～N(0,σwx)，wy～N(0,σwy)，wz～N(0,σwz)，是CW方程未建模误差，用高斯白噪声近似，ω为卫星平均轨道角速度。
3.根据权利要求1所述的基于CW方程的解耦变增益自主相对导航方法，其特征在于：所述的步骤二中的观测方程由参考直角坐标系下的测量值及其噪声特性组成；所述的测量值为转换至参考直角坐标系下的星上雷达提供的目标卫星视线距和两个视线角度信息；所述的噪声特性为非线性转换的噪声特性。
4.根据权利要求3所述的基于CW方程的解耦变增益自主相对导航方法，其特征在于：所述的测量值具体通过下述方式实现；
将星上雷达提供的雷达测量极坐标系下的目标卫星视线距和两个视线角度信息转换到雷达测量直角坐标系下，再由雷达相对卫星本体的安装矩阵和姿态确定姿态转移矩阵，最终将雷达测量值转化到参考直角坐标系下。
5.根据权利要求3所述的基于CW方程的解耦变增益自主相对导航方法，其特征在于：
若测量噪声选用的是星上雷达的实际测量值，则通过高阶泰勒展开，所述的高阶优选3阶或4阶；
若测量噪声选用的是仿真数据，则通过一阶泰勒展开，求解其雅可比矩阵，近似线性化处理实现噪声特性的非线性转换。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘笑，张小伟，王静吉，万海音，向坤，张朝兴，梁巨平，陈银河，陈敏花，戴维宗，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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