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《基于ekf的航天器相對定姿算法研究.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、基于EKF的航天器相對定姿算法研究趙文龍，羅建軍，馬衛(wèi)華(西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，西安710072)摘要：航天器交會對接是載人航天工程的一項關(guān)鍵技術(shù)，而航天器相對定姿又是在交會對接中首要解決的關(guān)鍵問題。通常用交會對接航天器體坐標系間各對應(yīng)坐標間的夾角來表示相對姿態(tài)，這樣相對定姿的任務(wù)就是要確定兩交會對接航天器提體坐標系間的旋轉(zhuǎn)矩陣，本文采用無相對測景的航天器相對定姿態(tài)方法，基于圍繞系統(tǒng)最優(yōu)估計狀態(tài)線性化的擴展卡爾曼濾波(EKF)濾波技術(shù)，以乘性誤差四元數(shù)為狀態(tài)量，設(shè)計了陀螺儀/星敏感組合的航天器相對定姿算法，并進行數(shù)字仿真驗證該算法的可行性。仿真表明乘性誤差四元數(shù)有效解決了協(xié)方
2、差陣為零的問題，EKF技術(shù)大大提高了濾波精度。本文所設(shè)計的算法為航天器的相對定姿提供了一定的理論依據(jù).關(guān)鍵詞：交會對接相對定姿擴展卡爾曼濾波四元數(shù)中圖分類號：V526EKF-BasedSpacecraftAttitudeDeterminationAlgorithmResearchZHAOWen-long,LUOJian-jun,MAWei-hua(CollegeofAstronautics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'aii71OO72>China)Abstract:spacecraftrendezvousanddocking
3、isakeytechnologytomannedspaceflightengineering,andspacecraftattitudedeterminationrelativetotheprimarykeyproblemofrendezvousanddockingtechnology.Usually,theanglesbetweenthecorrespondingbodycoordinatesystemsofrendezvousanddockingspacecraftareusedtorepresenttherelativeattitude.Thus,therelative
4、attitudedeterminationmissionisthattomeasuretherotationmatrixtothetwobodycoordinatesystemsofrendezvousanddockingspacecrafts.Anewrelativeattitudedeterminationalgorithmofspacecraftwiththegyro/starsensorisdesignedinthispaper.ltisbasedonanospacecraftrelativemeasurementmethod,ExtendedKalmanFilter
5、(EKF)technologylinearizedaroudthestateoptimalestimation,andfiguresmultiplicativeerrorquaternionasthestatevariables.Itsfeasibilityisverifiedthroughthedigitalsirnulation.TheSimulationresultsshowthatthemultiplicativeerrorquaternioneffectivelysolvetheproblemthatthecovariancematrixiszero.andtheE
6、KFtechnologygreatlyimprovestheprecisionofthefilter.Thisalgorithmpresentedinthispaperprovidessometheoreticalbasis.totherelativeattitudedeterminationofspacecraftKeywords:Endezvousanddocking；Reativeattitudedetermination；EKF：Quaternion引言在航天器定姿屮，狀態(tài)估計法（也稱為遞推濾波方法）是基于矢量觀測的姿態(tài)確定典型算法乙一。最常用的技術(shù)就是卡爾曼濾波（K
7、F）技術(shù)，Lefferts,Markley和Shuster詳細總結(jié)了1967年至1982年Kalman濾波方法在姿態(tài)確定領(lǐng)域屮的應(yīng)用⑴，Kalman濾波方法是基于最小均方誤差準則的遞推算法，具有運算速度快、存儲數(shù)據(jù)小實時性等優(yōu)點。但Kalman濾波存在兩個假設(shè)條件：1）系統(tǒng)滿足線性，2）模型噪聲和測量噪聲滿足高斯分布。在滿足以上兩個條件下，Kalman濾波性能是最優(yōu)的，其收斂性很容易控制。實際應(yīng)用屮，航天器的旋轉(zhuǎn)運動往往是非線性的，因此，描述旋轉(zhuǎn)運動的動力學(xué)方程、運動學(xué)方程應(yīng)當是非線性的，另外以星敏感器
