[发明专利]一种用于卫星集中式自主导航的自适应滤波方法

说明书

本发明公开了一种用于卫星集中式自主导航的自适应滤波方法，涉及卫星导航领域，包括：获取卫星导航系统中的卫星状态初始矩阵和卫星先验信息，并设定自适应因子更新标识的初值；求解得到卫星预测状态矩阵和卫星预测状态方差矩阵；计算轨道确定观测矩阵对应的滤波新息矩阵；识别卫星导航系统的观测异常与状态异常情况，得到观测异常标识序列；进行滤波运算，得到滤波后卫星状态矩阵和滤波后卫星状态方差矩阵。本发明在卫星导航系统的自主导航计算中同时顾及了观测异常与状态异常，扩展了自主轨道确定算法的适用场景，提高了卫星自主轨道确定结果的可用性及可靠性。

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，具体涉及一种用于卫星集中式自主导航的自适应滤波方法。

背景技术

卫星导航系统，是能在地球表面或近地空间的任意地点为用户提供全天候的三维坐标、速度和时间信息的空基无线电导航定位系统，其包括一个或多个卫星星座。针对卫星导航系统，目前已建立了较成熟的自主导航算法，例如，北斗三号BDS-3系统可通过星间双向测距与通信实现无地面控制系统支持下的自主导航。自主导航不仅能改善系统性能，还能有效保障系统的战时生命力，其对卫星导航系统的稳定运行及全球化服务的实现均至关重要。

然而，现有卫星自主导航算法只适用于观测信息及状态信息无异常的情况。在卫星实际运行过程中，由于测距相关载荷故障会产生粗差观测值(观测异常)，且GEO(Geostationary Orbit，地球静止轨道)卫星与IGSO(Inclined Geosynchronous Orbit，倾斜地球同步轨道)卫星为了维持轨位会发生轨道机动(状态异常)。观测异常与状态异常的出现将会大大降低现有自主导航算法的精度及可靠性。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种用于卫星集中式自主导航的自适应滤波方法解决了现有卫星集中式自主导航方法无法适用观测异常和状态异常卫星情况的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于卫星集中式自主导航的自适应滤波方法，包括以下步骤：

S1、获取卫星导航系统中的卫星状态初始矩阵和卫星先验信息，并设定自适应因子更新标识的初值；

S2、根据卫星在轨受力情况建立状态转移矩阵，并根据卫星状态初始矩阵和卫星先验信息，求解得到卫星预测状态矩阵和卫星预测状态方差矩阵；

S3、获取轨道确定观测矩阵，并根据卫星预测状态矩阵，通过观测方程，计算轨道确定观测矩阵对应的滤波新息矩阵；

S4、根据滤波新息矩阵，识别卫星导航系统的观测异常与状态异常情况，得到观测异常标识序列；

S5、根据观测异常标识序列和自适应因子更新标识，进行滤波运算，得到滤波后卫星状态矩阵和滤波后卫星状态方差矩阵。

进一步地，所述卫星先验信息包括：卫星状态先验方差矩阵、先验过程噪声矩阵和观测值先验方差矩阵。

进一步地，所述步骤S2包括以下分步骤：

S21、根据卫星导航系统中的卫星在轨受力情况，通过摄动力模型，建立卫星的摄动运动方程；

S22、通过数值积分方法对卫星的摄动运动方程进行积分，得到状态转移矩阵；

S23、根据卫星状态初始矩阵和状态转移矩阵，通过下式求解得到卫星预测状态矩阵：

其中，为卫星状态初始矩阵，为卫星预测状态矩阵，Φ_1,0为状态转移矩阵；

S24、根据状态转移矩阵、卫星状态先验方差矩阵和先验过程噪声矩阵，通过下式求解得到卫星预测状态方差矩阵：