[发明专利]火星大气进入段的非线性三步滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及火星大气进入段的非线性三步滤波方法。属于航天导航技术领域。

背景技术

Kalman方法是非常常见的一种确定航天器位置速度方法。它要求动力学系统和量测系统的精确已知。在实际工程中动力学系统和量测系统很难精确得到。在火星大气进入段中，由于飞行器初始进入界面的状态具有不确定性，动力学模型中的时变参数具有不确定性，大气密度具有不确定性，飞行器本身特性具有不确定性。这些不确定性导致动力学系统很难精确得到，产生未知的偏差输入，在火星大气进入阶段地面深空网等测量方法无法利用，使得动力学系统难以校正，具有很大不确定性。另外，现有火星大气进入段量测手段有限，即使在地球上已校准的设备在火星大气进入段中将产生新的未知的系统误差并且难以相互校正，从而使得量测系统存在未知的量测系统误差。这些动力学系统偏差和测量系统中的未知测量系统误差对确定航天器位置速度最终状态影响很大，过大的偏差和误差会导致位置速度误差的增大甚至发散，引起飞行器导航误差、降低导航精度。

现有技术中，可以用于确定航天器位置速度的方法有多种。

现有技术一，基于泰勒展开的扩展Kalman滤波估计方法。该方法忽略了动力学系统偏差和测量系统中的未知测量系统误差。该方法给出了非线性动力学方程和非线性测量方程的泰勒展开加权融合的估算公式。

现有技术二，基于sigma点集（为正态分布采样策略）的无迹Kalman滤波方法。先根据正态分布的均值和方差计算出sigma点集，并确定出各点的权值，再通过动力学方程计算出航天器的位置速度，然后通过量测方程得到的量测数据对航天器的位置速度进行调整修正。

现有技术三，将这些不确定参数扩展为状态量，然后利用Kalman滤波或无迹Kalman滤波方法进行滤波。

现有技术一适用于动力学系统和量测系统精确可知或偏差和量测系统误差对其影响不大的条件下。在超音速强耦合强干扰非线性环境中将动力学展开得到显著的误差，因此不太适用于火星大气进入段。

现有技术二在测量手段有限，测量数据少，难以动力学系统偏差和测量系统中的未知测量系统误差估算和消除。测量设备即使在地面不同环境中产生的系统误差各不相同。即使在地面试验中已经校准的系统误差在新的火星环境（其环境不同与地球）中不再准确，因此量测数据中的系统误差将影响航天器的位置速度进行调整修正，因此不太适用于火星大气进入段。

现有技术三对火星大气进入段的不确定参数很难有效分离，通常认为是常量不太适合实际情况，并且增加了动力学系统的维数加大了计算量。

现有技术一二三对于未知的火星环境，其动力学系统存在动力学系统偏差，其测量系统具有未知测量系统误差。即使这些偏差和误差在地球上已经校准，在火星环境中将难以适用甚至产生新的误差，难以进行校正。因此不太适用于火星大气进入段。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种火星大气进入段的非线性三步滤波方法，以减小航天器位置速度误差，提高其精度。

2、技术方案：本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明一种火星大气进入段的非线性三步滤波方法，它包括以下步骤：

步骤一、建立工程实际方程：离散时间下的动力学系统和量测系统