本文關(guān)鍵詞：UKF和EKF在衛(wèi)星姿態(tài)確定中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 針對三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的姿態(tài)估計問題,本文研究了“陀螺+磁強計”、“陀螺+星敏感器”兩種姿態(tài)確定方案�；诳柭鼮V波“預(yù)測-更新”結(jié)構(gòu),分別設(shè)計了Unscented卡爾曼濾波器(Unscented kalman filter,UKF)和推廣卡爾曼濾波器(Extended kalman filter,EKF),并對二者的濾波性能進行了比較。 在設(shè)計UKF過程中,使用修正羅德里格參數(shù)表示姿態(tài)偏差。計算預(yù)測估計主要思想是以Unscented變換為基礎(chǔ),首先采用Chelosky方法對狀態(tài)誤差方差陣分解求得西格馬點,直接代入非線性方程中進行時間更新,再通過算術(shù)加權(quán)平均即可得狀態(tài)估計和觀測估計。 在設(shè)計EKF過程中,使用誤差四元數(shù)表示姿態(tài)角偏差。狀態(tài)估計的主要思想是采用泰勒展開和一階線性近似對非線性方程逼近;觀測估計算是將預(yù)測狀態(tài)估計代入到非線性模型中進行時間更新得到的。將狀態(tài)估計和觀測估計代入線性化后的系統(tǒng)中,采用卡爾曼濾波即可得姿態(tài)偏差估計。通過對照兩種濾波器的算法結(jié)構(gòu)可得:UKF直接使用非線性模型進行姿態(tài)偏差估計,精度和收斂速度優(yōu)于EKF。 以某對地三軸穩(wěn)定衛(wèi)星為例,仿真計算了UKF和EKF的姿態(tài)估計初值和濾波時間對精度、穩(wěn)定性、收斂速度的影響。仿真結(jié)果表明,UKF計算量和EKF相當(dāng),但收斂階段的離散程度小,速度快;在初值存在較大偏差的情況下,UKF的性能更加突出。
【關(guān)鍵詞】：UKF EKF 姿態(tài)確定 應(yīng)用研究
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：V448.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 圖目錄8-9
• 表目錄9-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 論文背景及研究的目的和意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 姿態(tài)敏感器研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 姿態(tài)確定研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.3 卡爾曼濾波技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 衛(wèi)星姿態(tài)運動學(xué)方程的建立16-25
• 2.1 參考坐標(biāo)系定義及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換16-17
• 2.1.1 參考坐標(biāo)系16-17
• 2.1.2 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換17
• 2.2 衛(wèi)星姿態(tài)描述法17-23
• 2.2.1 歐拉角17-19
• 2.2.2 四元數(shù)19-20
• 2.2.3 羅德里格參數(shù)20
• 2.2.4 各種參數(shù)之間的關(guān)系20-23
• 2.3 衛(wèi)星姿態(tài)運動方程的建立23-24
• 2.3.1 歐拉角姿態(tài)運動學(xué)方程23
• 2.3.2 四元數(shù)姿態(tài)運動學(xué)方程23-24
• 2.3.3 MRPs 表示的姿態(tài)運動學(xué)方程24
• 2.4 小結(jié)24-25
• 第3章 卡爾曼濾波技術(shù)25-31
• 3.1 系統(tǒng)方程及其線性化25-26
• 3.2 離散型EKF 方程26-28
• 3.3 UKF 濾波28-30
• 3.3.1 Unscented 變換28-29
• 3.3.2 Unscented 卡爾曼濾波算法29-30
• 3.4 UKF 和EKF 算法比較30-31
• 第4章 基于陀螺+星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定應(yīng)用研究31-55
• 4.1 陀螺+星敏感器定姿原理31-32
• 4.2 光纖陀螺的測量模型32-33
• 4.3 星敏感器測量模型33-35
• 4.4 EKF 姿態(tài)估計器設(shè)計與仿真35-47
• 4.4.1 系統(tǒng)方程35-37
• 4.4.2 線性化方程37-39
• 4.4.3 EKF 姿態(tài)估計器及校正39-42
• 4.4.4 EKF 仿真結(jié)果及分析42-47
• 4.5 UKF 姿態(tài)估計器設(shè)計與仿真47-54
• 4.5.1 姿態(tài)方程與誤差表示47-48
• 4.5.2 Unscented 變換48-49
• 4.5.3 UKF 姿態(tài)估計器及校正49-50
• 4.5.4 UKF 仿真50-54
• 4.6 EKF 和UKF 對比分析54
• 4.7 小結(jié)54-55
• 第5章 基于陀螺+磁強計的衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)應(yīng)用研究55-69
• 5.1 磁強計測量模型55-58
• 5.1.1 地磁矢量計算56-57
• 5.1.2 磁強計測量模型57-58
• 5.2 UKF 姿態(tài)估計器設(shè)計與仿真58-63
• 5.2.1 系統(tǒng)方程58
• 5.2.2 UKF 算法過程58-59
• 5.2.3 UKF 仿真59-63
• 5.3 EKF 姿態(tài)估計器設(shè)計與仿真63-68
• 5.3.1 誤差方程63-64
• 5.3.2 EKF 仿真64-68
• 5.4 UKF 和EKF 對比分析68
• 5.5 小結(jié)68-69
• 第6章 總結(jié)和展望69-71
• 6.1 總結(jié)69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻71-74
• 發(fā)表文章目錄74-75
• 致謝75

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 董大瓊;崔恒彬;康曉磊;高立;;基于船舶操控模型的UKF濾波算法研究[J];艦船電子工程;2013年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉蕾;張澤旭;;基于視覺輔助IMU的小行星精確著陸導(dǎo)航算法研究[A];中國宇航學(xué)會深空探測技術(shù)專業(yè)委員會第九屆學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 邵敏;交會對接仿真平臺中基于iGPS與CCD的組合導(dǎo)航[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 郝東;微小衛(wèi)星姿態(tài)確定與磁控技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

3 安笛;UKF性能分析及其在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

4 趙巖良;捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)動基座和大失準(zhǔn)角初始對準(zhǔn)的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

5 李超;基于非線性濾波的飛行器姿態(tài)確定算法研究[D];杭州電子科技大學(xué);2012年

6 倪旖;有控彈箭飛行彈道預(yù)報技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：UKF和EKF在衛(wèi)星姿態(tài)確定中的應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：259399