[发明专利]星光方向向量辅助的紧组合惯性/光谱红移组合导航方法

权利要求书

1.一种星光方向向量辅助的紧组合惯性/光谱红移组合导航方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立光谱红移导航模型，通过谱红移信息计算出飞行器的径向速度和位置信息：

光谱红移导航模型：

式中，pⁱ表示飞行器的位置和p_c表示天体的位置，测量得到，c为光速，vⁱ为飞行器在惯性系即i系中的速度矢量，v_c为天体速度；z为目标飞行器上获取的天体光谱红移值；

步骤2：将同一观测星体的星光方向向量引入到步骤1的光谱红移导航模型中：

利用量测信息，同时将方向向量量测用于计算飞行器的位置信息，减少所需观测星体个数

步骤3：建立星光方向向量辅助的紧组合惯性/光谱红移组合导航系统模型，包括导航系统状态方程、红移量测方程和星光方向向量量测方程：

所述导航系统状态方程：X_k＝F_kX_k-1+W_k

式中，F为惯导系统的状态转移矩阵，X为惯导系统的状态向量；

所述红移量测方程：

其中，V_z＝Δz-Δz(Δu)

所述星光方向向量量测方程：

步骤4：基于容积卡尔曼滤波实现信息融合，过程为：

a、首先初始化系统参数；

b、采用容积卡尔曼滤波CKF对状态方程和量测数据进行滤波处理：

对状态方程进行滤波，得到状态更新如下：

对红移以及方向向量量测方程进行滤波，得到量测预测：

输入红移以及方向向量量测进行滤波，进行子系统量测更新：

c、采用联邦滤波实现上述信息融合，得到反馈估计的INS误差状态估计值：

d、将INS误差状态估计值反馈INS传感器，于传感器信号做差后输出导航信息；重复流程a到d,直至导航结束。

2.根据权利要求1所述星光方向向量辅助的紧组合惯性/光谱红移组合导航方法，其特征在于：所述光谱红移导航模型的建立过程：

根据广义多普勒效应原理

式中：vⁱ为飞行器在惯性系即i系中的速度矢量，v_c为天体速度，c为光速，θ是惯性坐标系下飞行器速度矢量的方向与天体到飞行器的直线的夹角；|vⁱ-v_c|cosθ＝v_r表示目标飞行器到被观测天体方向的径向速度；

光谱红移被定义为：z＝λ/λ₀-1       (2)

式中：z为目标飞行器上获取的天体光谱红移值，λ₀为天体静止时距天体的光谱线波长，λ为目标飞行器中观测到的来自天体的光谱线波长；

结合式(1)与式(2)得：

飞行器径向速度为：

光谱红移导航模型为：

式中，pⁱ表示飞行器的位置和p_c表示天体的位置，测量得到，c为光速，vⁱ为飞行器在惯性系即i系中的速度矢量，v_c为天体速度；z为目标飞行器上获取的天体光谱红移值。

3.根据权利要求1所述星光方向向量辅助的紧组合惯性/光谱红移组合导航方法，其特征在于：所述将同一观测星体的星光方向向量引入到步骤1的光谱红移导航模型中的过程：

星敏感器获取的星光方向向量量测表示为

式中：u_c表示i坐标系中天体到车体中心的位置单位矢量，C_bⁱ为机体坐标系b系到i系的转换矩阵；x_b和y_b表示目标飞行器到观测天体的位置矢量在成像平面上的投影，f为星敏感器的焦距；

根据观测天体与飞行器的几何关系得

v_r＝(vⁱ-v_c)·u_c         (7)

然后，将式(7)带入式(3)中得