[发明专利]一种空间非合作目标相对导航系统误差补偿修正滤波方法

说明书

本发明公开了一种空间非合作目标相对导航系统误差补偿修正滤波方法和系统，该方法包括：建立空间非合作目标在观测卫星质心轨道坐标系下的相对导航动力学模型与测角测距相对导航观测模型；根据相对导航动力学模型与测角测距相对导航观测模型，确定更新后的测量系统误差参数；将更新后的测量系统误差参数代入测角测距相对导航观测模型的观测方程，对当前相对导航结果进行修正，并按照更新后的测量系统误差参数进行后续导航滤波解算。本发明满足了空间非合作目标天基观测相对导航的应用需求，提升了传统扩展卡尔曼滤波算法对空间非合作目标的导航精度。

技术领域

本发明属于空间非合作目标相对导航技术领域，尤其涉及一种空间非合作目标相对导航系统误差补偿修正滤波方法和系统。

背景技术

空间非合作目标包括敌方卫星、空间碎片、失效航天器等具有明显非合作特性的人造天体或自然天体。依靠天基测量手段可以实现对空间非合作目标的相对导航，因此，在空间攻防、态势感知和在轨服务等领域具有广泛而重要的应用。

空间非合作目标由于缺少高精度敏感器配合测量信息，在进行相对导航解算时往往只能依靠观测卫星上配备的相机、雷达等有限测量设备对目标进行被动观测，并且需要根据测量结果对目标进行三维模型重建及特征点提取，进而从中提取出目标特征点距离和视线角观测信息。由于在对目标进行三维重建及特征点提取过程中不可避免存在一定的建模误差，导致获得的目标视线角和距离观测量也存在相对较大的系统误差和随机白噪声，这些误差的存在会对非合作目标相对导航的结果造成较大影响，甚至导致滤波发散，因此有必要在导航算法设计时着重考虑。

考虑到测量系统误差会直接影响测量残差的大小，并且在短时间段内具有相对稳定的特性，因此可以根据一段时间内相对导航累积测量残差，利用参数优化的方法实现对测量系统误差的最优估计和自适应修正，对提升空间非合作目标相对导航精度具有重要意义。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种空间非合作目标相对导航系统误差补偿修正滤波方法和系统，满足了空间非合作目标天基观测相对导航的应用需求，提升了传统扩展卡尔曼滤波算法对空间非合作目标的导航精度。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种空间非合作目标相对导航系统误差补偿修正滤波方法，包括：

建立空间非合作目标在观测卫星质心轨道坐标系下的相对导航动力学模型与测角测距相对导航观测模型；

根据相对导航动力学模型与测角测距相对导航观测模型，确定更新后的测量系统误差参数；

将更新后的测量系统误差参数代入测角测距相对导航观测模型的观测方程，对当前相对导航结果进行修正，并按照更新后的测量系统误差参数进行后续导航滤波解算。

在上述空间非合作目标相对导航系统误差补偿修正滤波方法中，根据相对导航动力学模型与测角测距相对导航观测模型，确定更新后的测量系统误差参数，包括：

根据相对导航动力学模型与测角测距相对导航观测模型，解算得到测量残差、测量矩阵和卡尔曼增益矩阵；

根据测量残差、测量矩阵和卡尔曼增益矩阵，确定更新后的测量系统误差参数。

在上述空间非合作目标相对导航系统误差补偿修正滤波方法中，根据相对导航动力学模型与测角测距相对导航观测模型，解算得到观测残差、测量矩阵和卡尔曼增益矩阵，包括：

根据空间非合作目标运动状态先验信息，初始化目标相对状态矢量、协方差矩阵和观测噪声矩阵；

读取观测数据，根据目标当前最优估计状态及下次观测时刻，通过数值积分计算下次观测时刻目标相对状态矢量和协方差矩阵的估计值；

根据相对导航动力学模型计算测量残差、测量矩阵和卡尔曼增益矩阵。