专利名称：一种对初始误差具有抗扰性的深空探测导航系统滤波方法
一种对初始误差具有抗扰性的深空探测导航系统滤波方法技术领域
本发明属于航天器导航、制导与控制领域，涉及一种深空探测导航系统滤波方法。
技术背景
随着卡尔曼滤波理论研究的深入，涌现出各种各样的非线性滤波算法，其中应用较多的包括扩展卡尔曼滤波(EKF)与无迹卡尔曼滤波(UKF)。这些滤波算法的收敛性与精度对初值的选取具有一定的依赖性，而滤波的初值服从高斯分布，这就意味着，被选取的初值有可能会偏离真值较远，具体情况如
图1所示，其中圆形曲线表示3 δ椭圆，圆形曲线的中心是坐标原点，表示初值的真值X(O)，中心密集的点表示与真值匹配的初值的估计值 <_eA(0)，即真值与估计值差异较小，密集点之外圆形曲线之内的点表示与真值不匹配的初值估计值义__(0)，即真值与估计值差异较大。扩展卡尔曼滤波(EKF)与无迹卡尔曼滤波(UKF)对匹配的初值具有较好的收敛性与精度，不过对于不匹配的初值就显得力不从心了。
深空探测自主导航系统对滤波算法的精度要求较高，而系统初值的选取又较为困难，即导航的初始误差较大。若选用现有的EKF或者UKF滤波算法，其滤波精度依赖于初值的选取，因此无法获取较高的导航精度。发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种对初值分布具有鲁棒性的深空探测导航系统非线性滤波方法，避免导航结果受限于初值与真值是否匹配，保证导航系统的精度。
本发明的技术解决方案是一种对初始误差具有抗扰性的深空探测导航系统滤波方法，步骤如下
(1)将深空探测导航系统的轨道根数转换成初始的位置速度信息^ ；
(2)利用无迹卡尔曼滤波中的UT变换生成ai+1个sigma采样点Λ^。，巧)用于近似高斯分布，
χ0 = χ0
= 1，···，n 时，尤=;^0-7^(我),_ ，当 i =n+l，···，2n时
其中η表示导航系统的状态维数，毛表示导航系统状态初值分布的均值，Ptl表示导航系统初始方差阵，Xi，i =0，1，2......2η, κ随状态维数η的改变而改变，η+κ为常数；将(X” P(0/0))作为第i个子滤波器的初值，初始权重为(010) = :^^(0/0)为导航系统初始协方差阵；
(3)对于第i个子滤波器，采用扩展卡尔曼滤波方法，计算导航系统的状态估计值戈(众/众)及方差估计值Pi(Vk)；
(4)采用自回归的方法计算各滤波器的融合权重《i(k|k)，
权利要求
1.一种对初始误差具有抗扰性的深空探测导航系统滤波方法，其特征在于步骤如下(1)将深空探测导航系统的轨道根数转换成初始的位置速度信息毛；(2)利用无迹卡尔曼滤波中的UT变换生成2n+l个sigma采样点用于近似高斯分布，AXo = xOχ. =f0 +ΛΓ (7^"),, ^ i = 1，· · ·，η 时，;ir, =X0当 i = η+1，· · ·，2n 时其中η表示导航系统的状态维数，知表示导航系统状态初值分布的均值，Ptl表示导航系统初始方差阵，Xi，i =0，1，2......2η，κ随状态维数η的改变而改变，η+κ为常数；将(Xi,P (0/0))作为第i个子滤波器的初值，初始权重为ω,(OIO) = ^rLyp(OA))为导航系统初始2η+ 1协方差阵；(3)对于第i个子滤波器，采用扩展卡尔曼滤波方法，计算导航系统的状态估计值天(AM)及方差估计值Pi(Vk)；(4)采用自回归的方法计算各滤波器的融合权重《i(k|k)，2j,=1Qi = λ ^kIk-D ω ^k-I lk-1)Λ ⑷ H) = |训 Α: —1)「“ exp{-去彳⑷众-1)((众 μ -1)7,⑷ Α: -1)}Si (k I k-l) = Hi (k) Pi (k I k-1) Hi (k) T+R式中，Xi(k|k-1) &yi(k|k-i)表示第i个滤波通道的预测信息，HiGO表示第i个滤波通道的观测矩阵，R表示观测噪声方差阵；(5)利用步骤(4)计算得到的加权值ωdk |k)，融合各子滤波器的状态估计值和方差估计值，得到k时刻深空探测导航系统的估计值ΜΑ:/”和p(k/k)，P{k I k) = Χ；；；' ω, (k I k)x, (k I 哪 k I k) \k)-xt{k\ 众)][x(k\k)-xt(k\k)]T}。其中，ΜΑ/Α)就表示第k步估计的导航系统的位置速度信息。
2.根据权利要求1所述的一种对初始误差具有抗扰性的深空探测导航系统滤波方法， 其特征在于所述步骤⑵中的η+κ =3。
全文摘要
本发明针对深空探测高精度自主导航系统的滤波问题，提出了一种对初始误差具有抗扰性的非线性滤波方法，该方法采用并行滤波的结构，利用无轨变换(UT)生成各通道子滤波器的初值，然后各通道根据EKF的计算方法，求得各子滤波器的状态及方差估计值，最后计算自回归法加权系数，将前面计算的结果进行加权处理，得到最终的状态及方差估计值。本发明方法能够避免由于初值分布不准确对滤波精度的影响，即对初始误差具有一定的抗扰性，非常适合于深空探测这类初值获取精度不高的导航系统。
文档编号G01C21/24GK102506877SQ20111040950
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者乔国栋, 关轶峰, 张晓文, 王大轶, 褚永辉, 黄翔宇 申请人:北京控制工程研究所