[发明专利]一种考虑无陀螺仪的非合作航天器姿态和参数估计方法

权利要求书

1.一种考虑无陀螺仪的非合作航天器姿态和参数估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：考虑依据光学敏感器建立的目标非合作航天器相对坐标系与其本体坐标系不重合的问题，建立目标非合作航天器相对坐标系下的空间快速翻滚的非合作航天器的姿态运动学与动力学模型；

S2：基于步骤S1中建立的非合作航天器的姿态运动学与动力学模型，选取目标非合作航天器姿态四元数矢量部分、三轴旋转角速度和转动惯量比的误差作为滤波变量，推导线性化系统的离散状态方程和观测方程；

S3：基于步骤S2中推导的线性化系统的离散状态方程和观测方程，设计乘性拓展卡尔曼滤波器，并改进设计五步预测，所述五步预测为在离散时间间隔内划分五个小的等长时间间隔，进行五次预测，一次测量更新，以提高滤波估计精度和跟随快速性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,步骤S1中，依据光学敏感器建立目标非合作航天器相对坐标系具体如下：

当同时观测到目标非合作航天器上的3个非共线的特征点P₁，P₂，P₃时，定义目标非合作航天器相对坐标系的原点o_T为P₁，矢量的方向为x_T轴方向，x_T轴的单位矢量为

定义z_T轴为矢量和矢量所在平面的法向量，其单位矢量为

根据右手定则确定y_T轴的单位矢量r_y为

r_y＝r_z×r_x (3)

则坐标系o_Tx_Ty_Yz_T即为目标非合作航天器相对坐标系；

非合作航天器的姿态动力学方程为：

其中，J是目标非合作航天器在其相对坐标系下的转动惯量矩阵，为3×3的对称矩阵：

其中，对角元素J_xx，J_yy，J_zz为主轴转动惯量，非对角元素J_xy，J_xz，J_yz为惯量积；ω＝[ω_xω_y ω_z]^T为目标非合作航天器的三轴旋转角速度；为目标非合作航天器的三轴旋转角加速度；τ为外部干扰力矩，建模为高斯白噪声；ω^×是斜反对称矩阵，其具体形式如下：

非合作航天器的姿态运动学方程采用四元数描述，为非合作航天器提供全局无奇异的运动姿态表示，

定义目标非合作航天器相对坐标系下的非合作航天器姿态四元数为则非合作航天器的姿态运动学的四元数表述为：

式中，矩阵Ξ(q)定义如下：

其中，I为单位矩阵。