一种星间测量和陀螺的姿态轨道一体化滤波估计方法

摘要

本发明提供了一种星间测量和陀螺的姿态轨道一体化滤波估计方法，仅依靠陀螺和星间测量信息，由惯性系下误差四元数建立的姿态动力学和追踪星轨道系下建立的相对运动动力学组成的编队卫星姿轨一体化动力学方程，通过大量的星间测量和陀螺测量数据结合卡尔曼滤波算法解决系统的可观性问题，实现对非合作目标的相对导航和姿态确定。本发明与现有技术相比，其效果是：系统配置要求简单，仅需要星间测量和陀螺信息，减少了系统对星敏等定姿系统的依赖，提高了系统可靠性；能够应用于非合作编队卫星；采用间接测量方程，观测阵的耦合特性不强，算法计算简单，易于工程应用。

主权项

一种星间测量和陀螺的姿态轨道一体化滤波估计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，建立误差四元数姿态动力学在惯性系下，利用陀螺测量信息，取状态为误差四元数的向量部分和陀螺的零偏，来建立误差四元数姿态动力学；步骤二，建立相对运动动力学在追踪星轨道系下，取状态为目标星的相对位置和相对速度，以CW方程建立相对运动动力学方程；步骤三，将误差四元数动力学和相对运动动力学组成姿轨一体化动力学方程，通过离散化处理，得到一体化动力学的状态转移阵和噪声阵；步骤四，将星间测量值转化到追踪星轨道系，作为间接测量值；步骤五，间接测量值对步骤三中的状态求偏导得到观测阵，按照卡尔曼滤波器设计方法，进行动力学和观测值噪声特性整定，进行卡尔曼滤波递推运算实现状态最优估计。