[发明专利]一种无拖曳卫星姿态通道的抗干扰滤波方法

权利要求书

1.一种无拖曳卫星姿态通道的抗干扰滤波方法，其特征在于包括以下步骤：首先，建立含有多源干扰的无拖曳卫星姿态通道的数学模型；其次，建立外部环境干扰力矩的数学模型；再次，设计针对无拖曳卫星姿态通道的抗干扰滤波器；最后，设计最优控制器，进行反馈控制；具体步骤如下：

(1)建立含有多源干扰的无拖曳卫星姿态通道的数学模型：

$\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=Mx\left(t\right)+N\[u\left(t\right)+w\left(t\right)+d\left(t\right)+d_J\left(t\right)\]$

y(t)＝Hx(t)+v(t)

其中，x(t)为含有多源干扰的无拖曳卫星姿态通道的数学模型的状态变量，y(t)为含有多源干扰的无拖曳卫星姿态通道的数学模型的输出变量，系数矩阵H＝[I_3×3 0_3×3]，无拖曳卫星的标称转动惯量矩阵J₀＝diag{J_0x,J_0y,J_0z}，ω₀为轨道角速度，u(t)为无拖曳卫星所受到的控制力矩，d(t)为无拖曳卫星所受到的外部环境干扰力矩，d_J(t)为惯量不确定性带来的等价干扰，w(t)和v(t)分别表示无拖曳卫星姿态通道的执行机构噪声和量测噪声；

(2)建立外部环境干扰力矩的数学模型：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)=P\mathrm{\ψ}\left(t\right)+\mathrm{\ξ}\left(t\right)\\ d\left(t\right)=Q\mathrm{\ψ}\left(t\right)\end{array}\right.$

其中，ψ(t)为外部环境干扰力矩的数学模型的状态变量，P和Q为系数矩阵，ξ(t)为模型不确定性项；

(3)建立增广的含有多源干扰的无拖曳卫星姿态通道的数学模型：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\stackrel{\‾}{x}}\left(t\right)=\stackrel{\‾}{M}\stackrel{\‾}{x}\left(t\right)+\stackrel{\‾}{N}\[u\left(t\right)+w\left(t\right)+d\left(t\right)+d_J\left(t\right)\]+\stackrel{\‾}{G}\mathrm{\ξ}\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{y}\left(t\right)=\stackrel{\‾}{H}\stackrel{\‾}{x}\left(t\right)+v\left(t\right)\end{array}\right.$

其中，系数矩阵

(4)设计针对无拖曳卫星姿态通道的抗干扰滤波器：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\widehat{\stackrel{\‾}{x}}}\left(t\right)=\stackrel{\‾}{M}\widehat{\stackrel{\‾}{x}}\left(t\right)+\stackrel{\‾}{N}u\left(t\right)+K\[\stackrel{\‾}{y}\left(t\right)-\widehat{\stackrel{\‾}{y}}\left(t\right)\]\\ \widehat{\stackrel{\‾}{y}}\left(t\right)=\stackrel{\‾}{H}\widehat{\stackrel{\‾}{x}}\left(t\right)\end{array}\right.$

其中，为的估计值，为的估计值，K为针对无拖曳卫星姿态通道的抗干扰滤波器的增益矩阵；

(5)设计最优控制器，进行反馈控制：

$u\left(t\right)=L\hat{x}\left(t\right)-Q\widehat{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)$

其中，L为最优控制器的增益矩阵，为含有多源干扰的无拖曳卫星姿态通道的数学模型状态变量x(t)的估计值，为外部环境干扰力矩的数学模型状态变量ψ(t)的估计值，V为对称正定矩阵，即V＝V^T>0，未知矩阵S为下列Riccati方程的解：

$S\stackrel{\‾}{M}+{\stackrel{\‾}{M}}^{T}S-S\stackrel{\‾}{N}{V}^{-1}\stackrel{\‾}{N}S+W=0$

其中，W为对称半正定矩阵，即W＝W^T≥0。