[发明专利]基于张量积多胞鲁棒H2滤波的无陀螺卫星姿态确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于张量积多胞鲁棒H2滤波的无陀螺卫星姿态确定方法，属于飞行器技术领域。

背景技术

星敏感器是一种高精度的测量仪器，在卫星的姿态测量系统中已得到了广泛的应用。以往受灵敏度和带宽限制，星敏感器不能作为卫星在轨运行的主要姿态敏感器，需要与陀螺组合在一起才能建立高精度的姿态参考，确保卫星姿态信息的可靠性。近年来，基于陀螺加姿态敏感器的姿态确定组合方案在工程中得到了广泛的应用。但是陀螺价格昂贵，长期运行后可能会降低性能或出现故障，而且一些卫星受到功率和重量的限制不能装载陀螺组件。同时星敏感器在技术上取得了很大进步，具有宽视场、高灵敏度、低噪声等效角等特性，其灵敏度和带宽都得到了显著改善，因此仅利用姿态角敏感器进行卫星姿态确定的技术受到了越来越多的关注。对于无陀螺的姿态确定，扩展卡尔曼滤波（Extended KalmanFiltering,EKF）是常用的方法。该方法由于简单和容易实现的优点得到了广泛的应用。但是EKF算法需要实时计算雅可比矩阵并更新滤波增益，计算量大。

发明内容

本发明的目的是为解决无陀螺卫星非线性姿态确定算法复杂、计算量大等问题，提出一种基于张量积多胞鲁棒H2滤波的无陀螺卫星姿态确定方法。

本发明方法针对卫星姿态动力学方程和运动学方程的非线性特性，提出了基于张量积转换的多胞鲁棒H2滤波，将非线性滤波问题转化为线性滤波问题。本发明首先建立姿态确定系统的状态方程和星敏感器测量方程，并利用雅可比线性化将非线性系统化为线性变参数（Linear Parameter Varing,LPV）误差系统，然后根据张量积(Tensor Product,TP)模型转换建立LPV系统多胞模型描述，并结合鲁棒H2滤波获取姿态确定系统的状态估计校正量，最后利用估计校正量对EKF方法获取的姿态一步预测量进行校正，获取姿态估计值。

本发明的技术解决方案如下：

基于张量积多胞鲁棒H2滤波的无陀螺卫星姿态确定方法，具体包括以下步骤：

步骤1，建立卫星姿态的状态模型和星敏感器测量模型。

选取惯性系作为参考坐标系，确定卫星本体系相对于惯性系的方位。

建立卫星姿态动力学方程：

Jω·+ω×Jω=T---(1)]]>

其中，ω为在卫星本体系中相对于惯性系的角速度；J为卫星惯性阵，T为施加到卫星上的转动力矩，包含控制力矩和作用在卫星上的外部各种干扰力矩。

采用修正罗德里格参数(MRP)σ作为姿态描述参数,卫星姿态运动学方程为：

σ·=M(σ)ω---(2)]]>