本文關鍵詞：衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)中非線性濾波算法研究

  更多相關文章： 軌道動力學模型 導航信息測量模型 衛(wèi)星自主導航 非線性濾波 強跟蹤濾波 魯棒濾波

【摘要】：衛(wèi)星在太空中運行的時候,會受到許多的外界的干擾影響,這些干擾有的是已知的,有的是未知的,這使得衛(wèi)星軌道動力學模型不能精確描述出來,這些不確定性可以描述為噪聲的統(tǒng)計特性不確定、模型不確定性和隨機干擾等。另外,隨著星上的測量傳感器大量增加,而星上通信能力有限,有時候測量數(shù)據(jù)可能會發(fā)生延遲到達信息處理中心。因此,實現(xiàn)衛(wèi)星自主導航需要研究當非線性系統(tǒng)中存在上述幾類情況當中的一種或多種問題情況下的非線性濾波算法,為此,本文做如下研究:研究測量噪聲為有色噪聲且測量噪聲和過程噪聲相關的情況下的非線性系統(tǒng)濾波問題。首先將有色噪聲處理成白噪聲,然后利用最小方差濾波準則設計最優(yōu)濾波遞推計算框架,隨后采用Unscented變換和平方根分解來進行計算濾波估計值和協(xié)方差矩陣,最后將該方法用于基于星光仰角測量的衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)進行仿真驗證,仿真結果表明是有效的�？紤]系統(tǒng)存在外界干擾的非線性系統(tǒng)濾波問題,提出了一種改進的強跟蹤平方根分解UKF算法。首先分析了強跟蹤濾波算法的不足,然后針對存在的問題進行改進,采用兩個多重自適應調節(jié)因子克服了單個多重自適應調節(jié)因子不能完全保證協(xié)方差矩陣對稱正定的問題,采用Unscented變換計算自適應調節(jié)因子避免了Jacobian矩陣的計算,采用改進的平方根分解進行遞推計算增強了濾波算法的穩(wěn)定性和計算效率,最后將該算法用于基于星光仰角測量的衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)進行仿真驗證,仿真結果表明是有效的。研究了非線性系統(tǒng)的魯棒濾波算法,針對噪聲不確定性和濾波器模型誤差的情況,提出了一種魯棒UKF算法。首先,理論分析了其濾波誤差協(xié)方差矩陣上界,給出了其計算步驟;然后,采用Unscented變換進行濾波估計值和協(xié)方差矩陣的計算;最后,將該方法應用于基于脈沖星測量的衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)仿真,仿真結果表明是有效的。針對存在濾波模型誤差、模型不確定性以及乘性噪聲和加性噪聲混合的多樣性噪聲情況,提出了一種魯棒EKF算法,首先,利用數(shù)學方法分析了其濾波誤差方程及濾波誤差協(xié)方差矩陣,從而給出了濾波誤差協(xié)方差矩陣上界的計算方程;其次,通過優(yōu)化濾波誤差協(xié)方差矩陣上界設計出濾波器狀態(tài)增益矩陣;最后,將該方法用于基于脈沖星測量的衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)進行仿真驗證,仿真結果表明是有效的。研究了具有隨機測量延遲情況下的非線性濾波問題,考慮系統(tǒng)存在隨機干擾的情況、模型誤差、乘性噪聲和加性噪聲混合的多樣性噪聲,設計出一種自適應魯棒EKF算法。首先,分析濾波誤差模型,通過引入兩個不同的多重自適應調節(jié)因子,找到濾波誤差協(xié)方差矩陣的上界,然后通過優(yōu)化其上界設計濾波器狀態(tài)增益矩陣,使得濾波器滿足兩個性能指標,自適應調節(jié)因子利用殘差的估計值來計算。最后,將該方法用于基于光學導航相機和星敏感器測量到的衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)當中進行仿真,仿真結果表明是有效的。
【關鍵詞】：軌道動力學模型 導航信息測量模型 衛(wèi)星自主導航 非線性濾波 強跟蹤濾波 魯棒濾波
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 研究背景、目的及意義10-11
• 1.2 國內外導航系統(tǒng)模型研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 國內外非線性濾波算法研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 章節(jié)安排13-15
• 第2章 衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)的基礎理論研究15-23
• 2.1 坐標系及相互轉換15-16
• 2.1.1 坐標系15
• 2.1.2 坐標關系相互轉換15-16
• 2.2 衛(wèi)星軌道動力學模型16-17
• 2.3 衛(wèi)星導航信息測量模型17-19
• 2.3.1 天文導航的測量模型17-18
• 2.3.2 脈沖星導航測量模型18-19
• 2.3.3 基于星敏感器和光學導航相機的測量模型19
• 2.4 衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的非線性濾波算法及待解決問題19-22
• 2.4.1 非線性濾波算法19-21
• 2.4.2 導航系統(tǒng)濾波算法待解決的問題21-22
• 2.5 本章小結22-23
• 第3章 有色噪聲及相關噪聲下衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)的非線性濾波方法研究23-31
• 3.1 問題描述23-24
• 3.2 非線性最優(yōu)濾波器設計24-26
• 3.3 基于UT變換和平方根分解的非線性最優(yōu)濾波算法26-28
• 3.4 仿真驗證及結果分析28-30
• 3.5 本章小結30-31
• 第4章 衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)中改進的強跟蹤平方根分解UKF算法研究31-41
• 4.1 改進的強跟蹤濾波器31-34
• 4.2 基于等價描述的強跟蹤濾波器34-36
• 4.3 改進的強跟蹤平方根分解UKF36-38
• 4.4 仿真驗證及結果分析38-40
• 4.5 本章小結40-41
• 第5章 衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)模型不確定情況下的非線性濾波方法研究41-57
• 5.1 本章節(jié)用到的引理41-42
• 5.2 濾波模型誤差和噪聲不確定下的魯棒UKF算法研究42-47
• 5.2.1 問題描述42-43
• 5.2.2 魯棒UKF算法43-46
• 5.2.3 仿真驗證及結果分析46-47
• 5.3 魯棒EKF算法47-56
• 5.3.1 問題描述48
• 5.3.2 魯棒EKF設計48-53
• 5.3.3 導航系統(tǒng)模型53-54
• 5.3.4 仿真驗證及結果分析54-56
• 5.4 本章小結56-57
• 第6章 具有隨機測量延遲下的衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)中非線性濾波方法研究57-65
• 6.1 問題描述57-58
• 6.2 濾波器設計58-62
• 6.3 仿真驗證及結果分析62-64
• 6.4 本章小結64-65
• 結論65-67
• 參考文獻67-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文及其他成果72-74
• 致謝74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 張瑜,房建成;航天器天文導航模糊自適應卡爾曼濾波研究[J];北京航空航天大學學報;2004年08期

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本文編號：1045218