自主导航系统可观测能力降维表征及解析判定方法和系统技术方案

一种自主导航系统可观测能力等价降维表征及解析判定方法，包括如下步骤：根据航天器自主导航系统动力学模型、观测模型以及航天器自主导航系统Lie导数计算规则，计算航天器自主导航系统不同阶次的Lie导数，构建可观测性矩阵；将自主导航系统状态量X进行坐标变换，令可观测性矩阵分解，得到可观测性矩阵的初步六维共有子空间及初步剩余矩阵；将可观测性矩阵的初步六维共有子空间中部分元素与初步剩余矩阵交换，得到完全表征系统观测能力的六维共有子空间；分析完全表征系统观测能力的六维共有子空间的零空间，得到航天器自主导航系统可观测能力解析判定准则。本发明专利技术表征的系统可观测能力更贴近实际情况，同时大幅降低了系统可观测性分析计算难度。观测性分析计算难度。观测性分析计算难度。

【技术实现步骤摘要】
自主导航系统可观测能力降维表征及解析判定方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种自主导航系统可观测能力降维表征及解析判定方法和系统，属于空间自主导航


技术介绍

[0002]航天器自主导航技术在减小地面测控负担，提高航天器适应能力和扩展航天器应用潜力等方面具有无法替代的作用，是各航天强国优先发展的核心技术。然而，受限于空间信息获取手段、航天器计算能力和误差校正条件等因素的严重制约，航天器自主导航系统往往是一类欠观测的系统。对于这类系统，仅依赖后端的滤波算法难以实现高精度、快收敛的自主导航，需要在航天器上表征及判定系统可观测能力，进而在理论指导下选取最佳的导航敏感器及最优的测量数据段，从根源上提升自主导航系统性能。因此，可观测能力星上自主评估是实现航天器自主导航的关键前提。
[0003]现有的可观测能力分析方法难以在星上直接应用。现有的可观测能力分析方法主要包括：1、分段定常方法(PWCS)；2、微分几何法。其中，PWCS法是将非线性系统离散线性化，再基于现代控制理论构建高维可观测性矩阵，实现可观测能力的表征、判定；微分几何法是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自主导航系统可观测能力降维表征及解析判定方法，其特征在于，包括如下步骤：建立航天器自主导航系统动力学模型及航天器自主导航系统观测模型；给出航天器自主导航系统Lie导数计算规则；根据所述航天器自主导航系统动力学模型、观测模型以及所述航天器自主导航系统Lie导数计算规则，计算航天器自主导航系统不同阶次的Lie导数；将航天器自主导航系统不同阶次的Lie导数构建可观测性矩阵；将自主导航系统状态量X进行坐标变换，令所述的可观测性矩阵分解，得到可观测性矩阵的初步六维共有子空间及初步剩余矩阵；将所述的可观测性矩阵的初步六维共有子空间中部分元素与初步剩余矩阵交换，得到完全表征系统观测能力的六维共有子空间，该子空间等价降维表征航天器自主导航系统可观测能力；分析所述完全表征系统观测能力的六维共有子空间的零空间，得到航天器自主导航系统可观测能力解析判定准则。2.根据权利要求1所述的一种自主导航系统可观测能力降维表征及解析判定方法，其特征在于，所述的航天器自主导航系统动力学模型f(X)为：其中，自主导航系统状态量(x,y,z)表示任一参考目标在航天器LVLH坐标系下的相对位置，为参考目标在航天器LVLH坐标系下的相对速度，f
chaser
为航天器真近点角，R
chaser
为从航天器质心到中心天体质心的距离，μ表示引力常数；航天器LVLH坐标系定义为坐标系原点位于航天器质心，坐标系x轴在航天器轨道平面内指向航天器速度方向，坐标系z轴沿航天器质心指向中心天体质心，坐标系y轴与航天器轨道平面法线平行，方向与z轴、x轴按右手螺旋定则确定；所述航天器自主导航系统观测模型h(X)为：其中，υ为观测噪声向量；ρ＝||(x,y,z)||2表示航天器与参考目标之间的绝对距离；(x
C
,y
C
,z
C
)
T
为(x,y,z)
T
在敏感器坐标系下的投影；α为参考目标在敏感器坐标系下的俯仰
角；β为参考目标在敏感器坐标系下的偏航角；(x
C
,y
C
,z
C
)
T
与(x,y,z)
T
存在如下转换关系：其中，为航天器LVLH坐标系到敏感器坐标系的转换矩阵；敏感器坐标系定义为原点在相机像平面中心；坐标系z轴与敏感器像平面垂直，正z轴指向方向与敏感器接收光源方向相反；坐标系x轴垂直于z轴，平行于像平面长边，指向向右；坐标系y轴垂直于z轴，方向由z轴、x轴按右手螺旋定则确定。3.根据权利要求2所述的一种自主导航系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大轶，董天舒，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：