[发明专利]一种基于一致性滤波的航天器集群仅测距相对导航方法

权利要求书

1.一种基于一致性滤波的航天器集群仅测距相对导航方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)建立天线接收机偏离卫星质心安装情况下的相对距离测量模型；

2)通过Clohessy-Wiltshire相对轨道运动动力学方程对集群成员之间的相对轨道进行演化；

3)建立航天器集群成员之间的几何拓扑数学模型；

4)将几何拓扑数学模型引入到一致性反馈项之中，基于一致性卡尔曼滤波原理设计卡尔曼滤波器对相对位置r和速度v进行估计，完成航天器集群仅测距相对导航。

2.根据权利要求1所述的基于一致性滤波的航天器集群仅测距相对导航方法，其特征在于，所述步骤1)中建立天线接收机偏离卫星质心安装情况下的相对距离测量模型如下：

其中，y为相对距离测量量，为航天器本体坐标系b到轨道坐标系l的坐标变换矩阵，d为通信接收机在b系下的安装矢量，||||为二范数。

3.根据权利要求1所述的基于一致性滤波的航天器集群仅测距相对导航方法，其特征在于，所述步骤2)中对集群成员之间的相对轨道进行演化采用如下状态转移公式：

x(i)＝Φ(i)x(0) (2)

其中，x(i)为由t_i时刻的相对位置r和速度v构成的六维列向量，Φ(i)是Clohessy-Wiltshire相对运动动力学模型的状态转移矩阵。

4.根据权利要求1所述的基于一致性滤波的航天器集群仅测距相对导航方法，其特征在于，所述步骤3)中航天器集群成员之间的几何拓扑数学模型如下：

其中，i、j、k表示不同航天器的编号，r_ij表示航天器i到航天器j的相对位置在j的轨道坐标系l_j下的投影，r_ki表示航天器k到航天器i的相对位置在i的轨道坐标系l_i下的投影，表示从l_k到l_j的坐标变换矩阵，表示从l_i到l_j的坐标变换矩阵；对公式(3)求导得到速度拓扑模型如下：

其中，v_ij表示航天器i到航天器j的相对速度在j的轨道坐标系l_j下的投影，v_ki表示航天器k到航天器i的相对速度在i的轨道坐标系l_i下的投影，ω_i表示航天器i的轨道角速度l_i系下的投影，ω_j表示航天器j的轨道角速度l_j系下的投影，ω_k表示航天器k的轨道角速度l_k系下的投影；令将公式(3)和(4)写成矩阵形式如下：

5.根据权利要求4所述的基于一致性滤波的航天器集群仅测距相对导航方法，其特征在于，所述步骤4)中，每个集群成员航天器单独进行相对轨道的卡尔曼滤波估计，考虑一致性的滤波测量更新过程如下；

其中，上标+表示后验估计，上标-表示先验估计，K_ij是卡尔曼滤波增益，P_ij是估计误差协方差矩阵，λ是一致性反馈增益，||||_F表示Frobenius范数，是由相对轨道的先验估计根据几何拓扑约束，即步骤3)中公式(5)计算得到。