[发明专利]一种最少传感器布局下的大尺度柔性系绳三维摆角高精度估计方法

权利要求书

1.一种最少传感器布局下的大尺度柔性系绳三维摆角高精度估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立二体绳系卫星系统的状态空间模型；

2)基于步骤1)的状态空间模型设计滤波算法，获得二体绳系卫星系统的状态；

3)根据二体绳系卫星系统的状态，进行曲线拟合，获得二体绳系卫星系统的大尺度柔性系绳的三位摆角。

2.根据权利要求1所述最少传感器布局下的大尺度柔性系绳三维摆角高精度估计方法，其特征在于：

步骤1)中，状态空间模型的建立包括基于牛顿法建立二体绳系卫星系统动力学模型以及在二体绳系卫星系统节点卫星上分别进行惯性传感器布局，具体为：

定义地心惯性坐标系O-XYZ，其原点O固连于地心，OX轴位于赤道面内并指向春分点方向，OZ轴指向地球北极，OY轴由右手螺旋法则确定；对二体绳系卫星系统做以下假设：

a.相对于系绳长度，二体绳系卫星系统节点卫星尺寸忽略不计，将卫星视为质点；

b.不考虑系绳弹性，将柔性系绳离散为由一系列珠点和刚性杆连接而成；

c.二体绳系卫星系统运行于圆形开普勒轨道，除地球引力，其他外界干扰均忽略；

按照牛顿法建立的系统动力学方程为

令为状态变量，则系统动力学方程变形为

考虑二体绳系卫星系统噪声，将上式转换为函数形式

式中，系统噪声Γ～N(0，Q^(Γ))服从高斯分布，协方差矩阵

二体绳系卫星系统两端卫星的绝对位置r_i^(g)分别由其上的惯性传感器直接确定，表示为

r_i^(g)＝r_i+v^(g)

式中，表示卫星的期望实际绝对位置，表示惯性传感器测量噪声；

将系绳的绳长约束表示为

Z^(l)＝L(q)+v^(l)

式中，表示虚拟噪声；

考虑二体绳系卫星系统的惯性传感器布局，基于伪测量法，合并系统的测量方程可得到

式中，Υ_k～N(0，R^(Υ))表示测量方程扩展后的测量噪声，R^(Υ)表示扩展后的测量噪声协方差，z^(g)(X)由下式确定

z^(g)(X)＝H_gX^(g)+V^(g)

式中，测量噪声服从高斯分布，表示为

式中，为3×3单位矩阵；

将二体绳系卫星系统的动力学方程和测量方程联立可得二体绳系卫星系统的状态方程为

3.根据权利要求2所述最少传感器布局下的大尺度柔性系绳三维摆角高精度估计方法，其特征在于，步骤2)具体为：

2.1)对二体绳系卫星系统的状态方程进行离散化处理

式中，ΔT为系统采样时间；

2.2)设计滤波算法

所述滤波算法为改进型平方根无迹卡尔曼滤波算法，包括：多步状态预测部分和状态更新部分，具体如下：

2.2.1)Sigma点计算

相应的权值为：

式中，尺度因子λ＝α²(n+κ)-n，κ为常数，α为控制Sigma点分布的常数，取值范围为1e-4≤α≤1；

2.2.2)多步状态预测

2.2.3)时间更新

Ω_k＝h(Θ_k)

2.2.4)测量更新