[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

说明书

本发明提供了一种多星协同动目标自适应测向定位与跟踪方法，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和定位辅助数据；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；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；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。

技术领域

本发明涉及一种天基空间动目标跟踪方法，更具体的说，涉及一种利用多星协同方式，基于纯方位测量的空间动目标定位与跟踪方法。

背景技术

空间碎片等空间非合作目标的监测愈发受到各国的重视。随着对测量精度、观测视野、抗干扰性等要求的提高，发展基于光电传感器纯方位测量(测向定位)的天基无源定位技术是大势所趋。由于测向体制下缺少测距信息，多星协同观测才能实现目标的三维空间定位。考虑到多星协同下观测起始时间、观测频率很难保持一致，且由于测量方程的非线性或者系统呈现弱可观性时，如何保证信息融合的稳定性和优效性显得尤为重要。必须从状态初始化、状态传递、融合算法三个方面着手，实现时空信息的非线性优效融合。

目前关于多星协同动目标测向定位与跟踪方法介绍较少，经文献检索，中国发明专利申请号201610172124.7，专利名称为“多传感器无源协同测向定位方法”，其估计方法是先通过一阶预测转移矩阵把多传感器的所有观测数据统一外推到定位时刻，非实时量测优效估计，在损失定位精度的同时也降低了运算效率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多星协同动目标自适应测向定位与跟踪方法，用于实现测向体制下观测数据时间不同步、频率不一致以及弱可观性等观测条件下的非合作动目标高精度定位。

本发明所采用的技术方案如下：

一种多星协同动目标自适应测向定位与跟踪方法，包括如下：

1)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；

2)辅星向主星通过星间链路发送视线测量数据，以及观测时刻、轨道位置、卫星姿态等定位辅助数据；

3)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；

4)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；

5)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。

进一步，所述1中目标的视线矢量信息一般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

进一步，所述3中观测数据维度达到初始化状态维度要求，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。

进一步，所述3中初始状态最小二乘估计，首先将轨道系视线转至惯性系，

u＝M_orb2eci·b