[发明专利]一种自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法

权利要求书

1.一种自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于矢量对偶四元数，建立失效卫星相对于服务航天器的运动学与动力学模型；

2)采用激光成像系统对失效卫星的姿态与相对距离做出带噪声的测量；

3)在建立基于对偶矢量四元数相对运动学与动力学模型的基础上，以测得的含有噪声的卫星姿态四元数以及相对距离数据作为观测量，构建自适应卡尔曼滤波算法，实时地估计出系统的形态参数信息；

所述的形态参数信息包括：相对位置参数、相对姿态参数、失效卫星的转动惯量比值参数及失效卫星的质心参数；

所述的自适应卡尔曼滤波算法是基于扩展卡尔曼滤波器，并且采用新息信息作为自适应输入，针对不确定的空间环境以及测量误差对失效卫星的形态参数做出测算；

在上述模型和测量的基础上，设计基于对偶矢量四元数自适应形态参数滤波算法，在外界干扰下对失效卫星的相对位置参数、相对姿态参数、失效卫星的转动惯量比值参数及失效卫星的质心参数，进行一体化的自适应形态参数测算；

所述的自适应扩展卡尔曼滤波算法具体步骤为：

a、初始化；

b、对偶矢量四元数扩展卡尔曼滤波；

c、新息计算；

d、故障检测；

e、若有故障，自适应对偶矢量四元数扩展卡尔曼滤波；

若无故障，卡尔曼增益计算；

f、对偶矢量卡尔曼滤波更新

h、返回步骤b；基于对偶矢量四元数运动学方程为：

其中，是失效卫星与服务航天器之间的相对距离在失效卫星本体系中的表达；是失效卫星与服务航天器之间的相对距离在惯性系中的表达；是惯性系{I}相对于失效卫星本体系{B}的姿态四元数；是失效卫星相对于服务航天器的相对速度对偶矢量四元数在失效卫星本体系中的表达；是失效卫星相对于服务航天器的相对角速度矢量在失效卫星本体系中的表达；是失效卫星相对于服务航天器的相对速度矢量在失效卫星本体系中的表达；

对偶矢量四元数的动力学方程为：

定义运算：

以及：

其中，且为失效卫星三轴转动惯量矩阵；

2.根据权利要求1所述的自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法，其特征在于：形态参数状态为：

其中，为转动惯量比值对偶矢量四元数，J_Bx、J_By、J_Bz分别为失效卫星三轴转动惯量；为失效卫星质心位置对偶矢量四元数，ρ＝[ρ_xρ_y ρ_z]为失效卫星质心位置矢量在失效卫星本体系的表达。

3.根据权利要求2所述的自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法，其特征在于：测量相对距离的观测方程为：

其中，q_m、r_m为测量的失效卫星相对服务航天器的相对姿态四元数与相对距离，ν_m为观测噪声。