【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超远距离相对导航，具体涉及一种基于超远距离跟瞄的相对导航方法。
技术介绍
1、随着空间监视任务的日益增多，以及跟瞄单机研制技术的发展，空间观测目标可覆盖近至米级，远至百公里级的相对作用范围。微波雷达作为远距离探测的常用手段，具有精度高，不受空间光照条件影响的优势，但受限于其测量体制的限制，信号累积时间较长，测量数据输出频率较低，存在数据滞后的问题，同时，由于解算过程中需要用到姿态确定输出的惯性系到轨道系姿态，跟瞄测量的视线角滞后姿态角太多导致位置速度解算误差增大。同时由于作用距离的增大，经典的cw方程无法满足高精度导航的需求，需要进一步优化运动学方程。
2、通过对相对运动学方程的推导，提取出在远距离情况下不可忽略的加速度小量，补充在cw方程中，同时将姿态确定输出的欧拉角信息对齐到单机测量时刻，保证导航系统输入的观测量的时间对齐。两种方式结合起来，达到提高相对导航精度的目的。
技术实现思路
1、为了解决或部分解决相关技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于超远距离跟瞄的相对导航方法，能够在不增加测量信息的情况下实现对两百公里以上的超远目标进行高精度相对导航。
2、本专利技术提供了一种基于超远距离跟瞄的相对导航方法，包括：
3、建立优化的两星的轨道动力学模型；
4、将当前周期姿态角向后对齐至跟瞄测量数据更新时刻，并建立观测量方程和观测模型；
5、采用卡尔曼滤波对相对位置速度进行估计。
6、可选地，所
7、优化相对运动动力学模型，并建立状态方程。
8、可选地，所述优化相对运动动力学模型，并建立状态方程，包括：
9、近圆轨道下，传统两星相对运动动力学方程如下：
10、
11、
12、
13、对相对运动方程溯源，补充与当相对距离为数百公里时，数值大于0.1m/s的小量；
14、惯性系下两星相对运动方程为：
15、
16、将矢量方程在空间站第二轨道坐标系下投影，并代入空间站轨道坐标系相对于惯性系的角速度和角加速度矢量，得到：
17、
18、令并在方程右边加减：
19、得到如下形式：
20、
21、其中，θt为目标星真近点角，其一阶和二阶导数表达式如下：
22、
23、
24、令状态变量
25、其中，x、y、z为空间站质心到飞行器质心的相对位置在目标星轨道坐标系下的分量，vx、vy、vz为相对速度；
26、令
27、传统cw方程通如下式所示：
28、w＝(us)to-(ut)to
29、优化后的相对运动学状态空间方程为：
30、x＝a(t)x+b(t)w
31、其中，
32、
33、由于空间站轨道为近圆轨道，a阵可近一步简化为：
34、
35、在每个制导控制周期内，假设w为常值，得到状态方程的解析解：
36、
37、其中，
38、
39、
40、t0为当前时刻，tf为末端时刻，τ＝tf-t0；
41、将状态方程离散化得：
42、xk,k-1＝φk,k-1xk-1+qk,k-1uk-1
43、其中，xk-1为上一拍的状态估计值，uk-1＝w+a，a为飞行器加速度计敏感到的加速度，xk,k-1为状态量的一步预测值。
44、可选地，所述将当前周期姿态角向后对齐至跟瞄测量数据更新时刻，并建立观测量方程和观测模型，包括：
45、利用当前时刻的姿态角euler、角速度deuler、延时时间t求出当前跟瞄输出值的实际更新时刻对应的姿态角euler_，如下：
46、euler_＝euler-deuler·t
47、用euler_作为姿态转换矩阵的输入，从而使得跟瞄输出值与姿态输出值对应的时刻一致；
48、观测方程的建立；
49、ρ、α、β分别为两星相对距离、高低角、方位角，具体如下：
50、
51、若z＝[ρ,α,β]t，故有非线性测量模型：
52、z＝h(x)
53、其中，
54、观测方程离散化得：
55、zk＝hkxk+wk
56、其中，h(i)，i＝1～3为三维向量中的第i个元素。wk为观测噪声。
57、可选地，所述采用卡尔曼滤波对相对位置速度进行估计，包括：
58、状态估计：
59、
60、其中，一步预测值：
61、
62、滤波增益：
63、
64、滤波误差协方差：
65、
66、预报误差协方差：
67、pk＝[i-kkhk]pk,k-1
68、其中，rk为3*3矩阵，取值与测量敏感器的实际噪声相关；
69、qk-1为3*3矩阵，取值与状态估计误差相关；
70、i为6*6单位阵。
71、本专利技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：
72、本专利技术提供能够在不增加测量信息的情况下实现对两百公里以上的超远目标进行高精度相对导航。
73、本专利技术通过优化相对运动模型，并将输入量向后对齐到单机测量数据对应时刻达到提高相对导航精度的目的。
74、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
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1.一种基于超远距离跟瞄的相对导航方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于超远距离跟瞄的相对导航方法，其特征在于，所述建立优化的两星的轨道动力学模型，包括：
3.如权利要求1所述的基于超远距离跟瞄的相对导航方法，其特征在于，所述优化相对运动动力学模型，并建立状态方程，包括：
4.如权利要求3所述的基于超远距离跟瞄的相对导航方法，其特征在于，所述将当前周期姿态角向后对齐至跟瞄测量数据更新时刻，并建立观测量方程和观测模型，包括：
5.如权利要求4所述的基于超远距离跟瞄的相对导航方法，其特征在于，所述采用卡尔曼滤波对相对位置速度进行估计，包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于超远距离跟瞄的相对导航方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于超远距离跟瞄的相对导航方法，其特征在于，所述建立优化的两星的轨道动力学模型，包括：
3.如权利要求1所述的基于超远距离跟瞄的相对导航方法，其特征在于，所述优化相对运动动力学模型，并建立状态方程...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓彤，施常勇，张竞天，郭祥，
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：
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