[发明专利]一种火星大气进入段非线性非高斯秩滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种火星大气进入段非线性非高斯秩滤波方法。属于航天导航技术领域。

背景技术

火星大气进入段是整个火星进入、下降、着陆阶段历时时间最长，气动环境最复杂、最恶劣，导航误差最大，对着陆精度影响最大的阶段。未来火星探测需要完成采样返回与载人登陆等着陆误差不超过1km或小于100m的任务，这就对火星大气进入段的自主导航精度提出了更高的要求。而影响火星大气进入段自主导航精度的因素主要包括以下三个方面：

一、火星大气进入段精确的动力学模型；

二、火星大气进入段精确的传感器量测模型；

三、火星大气进入自主导航算法。

要实现精确的自主导航，传统的Kalman滤波方法对动力学模型和量测模型要求较为苛刻。然而，在火星大气进入段，气动环境复杂且恶劣，动力学模型具有强非线性，且其噪声的统计特性很难了解，所以要建立精确的动力学模型较为困难。因而，在工程实际中，常将动力学模型的噪声统计特性假设为服从高斯分布的白噪声，因此，这种假设将给实际的火星大气进入段自主导航带来潜在的导航误差。传统的Kalman滤波方法只适用于高斯噪声情况的线性滤波问题；扩展Kalman滤波方法主要适用于弱非线性系统，且其存在线性化导致的截断误差；而无迹Kalman滤波方法虽可用于强非线性系统，但其主要用于高斯噪声系统的非线性滤波。

基于以上的实际情况，建立了一种火星大气进入段非线性非高斯秩滤波方法，该方法适用于非高斯噪声系统的非线性滤波，在火星大气进入段，可以很好地减少非高斯噪声系统对自主导航精度的影响，并提高了火星大气进入段探测器的状态估计精度以满足未来火星精确着陆任务的要求。

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非线性非高斯秩滤波方法，减少非高斯噪声对导航精度的影响，以减小探测器状态估计误差，提高其状态估计的精度。

2、技术方案：本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种火星大气进入段非线性非高斯秩滤波方法，该方法具体步骤如下：

步骤一、建立基于火星大气进入段探测器的工程实际方程：离散时间下的动力学系统和量测系统

x_k+1＝f(x_k,u_k)+w_k(1)

z_k＝h(x_k)+v_k(2)

式中，x_k表示系统状态量；z_k是量测系统测量值；u_k是状态方程的确定性控制项；非线性函数f(·)和h(·)分别为非线性状态转移函数，表示满足探测器动力学原理的函数和非线性量测函数，表示满足量测敏感器测量原理的函数；w_k和v_k分别是动力学系统噪声向量和量测噪声向量，其方差阵分别为Q_k和R_k，且满足