[发明专利]一种基于自适应扩展卡尔曼滤波的地球卫星自主天文导航方法

摘要

一种基于自适应扩展卡尔曼滤波的地球卫星自主天文导航方法，建立基于直角坐标系的地球卫星轨道运动学方程，建立以星光角距为量测量建立量测方程，建立离散型扩展卡尔曼滤波方程，判定扩展卡尔曼滤波是否发散，利用对预测滤波残差判断扩展卡尔曼滤波器是否发散，若满足发散条件则进行噪声统计特性的估计，否则按照标准的扩展卡尔曼滤波程序进行计算。本发明解决了因噪声统计特性确定不准确造成的噪声滤波器发散，影响导航精度的问题，具有自主、灵活简单、精度高的特点，更适用于对导航精度要求较高的资源、通讯、侦查、气象等地球应用卫星。

主权项

1、一种基于自适应扩展卡尔曼滤波的地球卫星自主天文导航方法，其特征在于包括下列步骤：(1)建立基于直角坐标系的地球卫星轨道运动学方程，即状态方程，通过解微分方程计算出地球卫星的位置(x，y，z)和速度(v_x，v_y，v_z)信息；(2)建立以星光角距为量测量的量测方程；(3)建立离散型扩展卡尔曼滤波方程，将状态方程和量测方程离散化后再线性化，根据最小方差估计原则推导出离散性推广卡尔曼滤波的递推方程；(4)判定扩展卡尔曼滤波是否发散，利用对预测滤波残差判断扩展卡尔曼滤波器是否发散，若满足发散条件则进行噪声统计特性的估计，否则按照标准的扩展卡尔曼滤波程序进行计算；(5)对地球卫星导航系统中噪声统计特性的估计，包括地球卫星导航系统状态模型的系统噪声和量测方程的量测噪声统计特性估计，采用扩展卡尔曼滤波根据每次计算出的更新信息，推算出实际系统中系统噪声和量测噪声统计特性，即利用滤波器估计值和预报值近似代替平滑估计值，可得到次优的极大后验估计值，并使扩展卡尔曼滤波成为最优；(6)按照上述步骤(1)～(5)，输出为地球卫星状态矢量估计值及其方差矩阵P，其中状态估计值包括地球卫星位置和速度矢量[x，y，z，v_x，v_y，v_z]^T，状态估计方差矩阵P包括地球卫星位置和速度估计方差[P_x，P_y，P_z，P_vx，P_vy，P_vz]^T。