[发明专利]一种多星协同动目标自适应测向定位与跟踪方法

权利要求书

1.一种多星协同动目标自适应测向定位与跟踪方法，其特征在于，包括如下：多颗卫星在轨同步或异步获取运动目标随时间变化的视线矢量信息，并选择其中一颗卫星作为主星，其他卫星作为辅星，辅星向主星通过星间链路发送视线测量数据，以及包括观测时刻、轨道位置、卫星姿态的定位辅助数据，观测数据维度达到状态初始化维度要求时，利用常速运动模型进行初始状态最小二乘估计，并根据目标方位测量噪声设定初始协方差矩阵，当主星接收到新的视线观测信息时，根据上一观测时刻的目标运动状态和协方差矩阵，采用12态线性运动模型，预测当前观测时刻目标的运动状态和协方差矩阵，基于运动状态量到测量方位量的非线性量测方程，结合定位辅助数据以及预测的当前时刻运动状态，计算方位测量值的雅可比矩阵，并根据测量噪声协方差阵计算滤波增益，最后根据真实量测对目标当前时刻的运动状态进行估计；

所述的初始状态最小二乘估计，即联立常速运动模型r_k＝r₁+(t_k-t₁)·v₁和观测几何关系r_k＝s_k+ρ_ku_k,k＝1,2,...,m，得到r₁+(t_k-t₁)·v₁＝s_k+ρ_ku_k，等号两边同时使用u_k进行左叉乘，消去ρ_ku_k项，并把m次观测数据代入组成线性方程组A_mx＝d_m，再利用最小二乘求解第m次观测时刻的目标运动状态，所述的初始化维度要求，针对常速运动模型，用于初始化的视线观测信息中至少包含两颗卫星的各两次观测；

其中，m为状态初始化时已有的观测次数，s_k、u_k、ρ_k、r_k分别为第k次观测所对应的卫星轨道位置矢量、星目视线矢量、星目距离以及目标位置矢量，无特殊说明时矢量坐标皆在惯性系描述；

其中，t为对应观测时刻，v为目标速度矢量；

所述对目标当前时刻的运动状态进行估计，首先利用12态线性运动模型的状态转移矩阵Φ，结合上一观测时刻的目标运动状态X₀和协方差矩阵P₀，预测当前观测时刻目标的运动状态X₁₀＝Φ·X₀和协方差矩阵P₁₀＝Φ·P₀·Φ^T，再根据运动状态量r到测量方位量h的非线性量测方程，以及雅可比矩阵求导法则，计算方位量测雅可比矩阵H＝J_hb·J_br；最后使用测量噪声协方差矩阵R计算滤波增益K＝P₁₀·H^T·(H·P₁₀·H^T+R)^-1，并进行当前时刻状态估计与协方差估计P₁＝(I_12×12-K·H)·P₁₀；

其中，I为3×3单位阵，X₁₀和P₁₀为运动状态和协方差预测量；

θ_x和θ_y为真实量测，K为滤波增益，X₁和P₁为当前观测时刻运动状态和协方差估计。

2.根据权利要求1所述的多星协同动目标自适应测向定位与跟踪方法，其特征在于，目标的视线矢量信息在卫星轨道系下描述，设轨道系下目标视线单位矢量为b＝[b₁ b₂ b₃]^T，则视线方位角θ_x与视线俯仰角θ_y表示为