[发明专利]一种无拖曳卫星相对位移通道的精细抗干扰滤波方法

摘要

本发明涉及一种无拖曳卫星相对位移通道的精细抗干扰滤波方法，针对含有大气阻力、太阳光压、执行机构噪声、量测噪声以及模型不确定性项等多源干扰的无拖曳卫星的相对位移通道；首先，针对无拖曳卫星相对位移通道所受多源干扰的数学表征，将上述多源干扰分类并建模；其次，建立含有多源干扰的无拖曳卫星相对位移通道的数学模型；再次，构造针对无拖曳卫星相对位移通道的精细抗干扰滤波器；最后，基于凸优化算法求解精细抗干扰滤波器的增益矩阵；本发明具有抗干扰能力强、滤波精度高等优点，可用于无拖曳卫星相对位移通道中。

主权项

一种无拖曳卫星相对位移通道的精细抗干扰滤波方法，其特征在于包括以下步骤：首先，针对无拖曳卫星相对位移通道所受多源干扰的数学表征，将多源干扰分类并建模；其次，建立含有多源干扰的无拖曳卫星相对位移通道的数学模型；再次，构造针对无拖曳卫星相对位移通道的精细抗干扰滤波器；最后，基于凸优化算法求解精细抗干扰滤波器的增益矩阵；具体步骤如下：(1)无拖曳卫星相对位移通道所受的多源干扰分类与建模：大气阻力是无拖曳卫星相对位移通道面临的主要干扰，对大气阻力建模并将其描述成状态空间模型的形式：τ·(t)=Mτ(t)+δ(t)d0(t)=Nτ(t)]]>其中，d0(t)为大气阻力干扰，τ(t)为大气阻力数学模型的状态变量，M和N为系数矩阵，δ(t)为模型不确定性项；太阳光压和模型不确定性项δ(t)的L2范数均有界，将其描述为能量有界干扰，即其中d1(t)表示太阳光压和模型不确定性项；执行机构噪声w(t)及量测噪声v(t)均为高斯零均值不相关白噪声，其统计特性满足：E{w(k)wT(j)}＝Qkδk‑jE{v(k)vT(j)}＝Rkδk‑jE{w(k)vT(j)}＝0其中，E{*}表示*的数学期望，k、j为t的任意两个取值，t∈R；其中，Qk,Rk分别表示k时刻执行机构噪声和量测噪声的协方差矩阵；δk‑j是Kronecker‑δ函数，即如果k＝j则δk‑j＝1，否则δk‑j＝0；(2)建立含有多源干扰的无拖曳卫星相对位移通道的数学模型：x·(t)=Ax(t)+Ff(x(t),t)+B[u(t)+w(t)+d0(t)+d1(t)]y(t)=Cx(t)+v(t)]]>其中，状态变量x1(t)＝r(t)，r(t)为无拖曳卫星的质心与检测质量块的质心的相对位移，系数矩阵C＝[I3×3 03×3]，msc为无拖曳卫星质量，mtm为检测质量块质量，ω0为轨道角速度，Ktrans为无拖曳卫星与内部检测质量块之间耦合的水平弹性系数，Dtrans为无拖曳卫星与内部检测质量块之间耦合的水平阻尼系数，u(t)为无拖曳卫星所受到的控制力，w(t)和v(t)分别为执行机构噪声和量测噪声，为已知非线性项，其中，ω(t)为卫星的绝对角速度，ω×(t)为相应的叉乘矩阵；假设非线性项满足Lipschitz条件，即对任意的两个系统状态x1(t)，x2(t)，存在已知的矩阵U使得下列不等式成立：||f(x1(t),t)‑f(x2(t),t)||≤||U(x1(t)‑x2(t))||(3)建立增广的含有多源干扰的无拖曳卫星相对位移通道的数学模型：x‾·(t)=A‾x‾(t)+F‾f(x‾(t),t)+B‾[u(t)+w(t)+d1(t)]+G‾δ(t)y‾(t)=C‾x‾(t)+v(t)]]>其中，状态变量量测输出系数矩阵(4)构造针对无拖曳卫星相对位移通道的精细抗干扰滤波器：x‾^·(t)=A‾x‾^(t)+F‾f(x‾^(t),t)+B‾u(t)+L[y‾(t)-y‾^(t)]y‾^(t)=C‾x‾^(t)]]>其中，为的估计值，为的估计值，L为针对无拖曳卫星相对位移通道的精细抗干扰滤波器的增益矩阵；(5)基于凸优化算法求解精细抗干扰滤波器的增益矩阵L：其中，T1和T2为相应的加权矩阵，P和Z为正定对称阵，为增广的无拖曳卫星的系统模型的系数矩阵，U为满足Lipschitz条件的已知矩阵，λ为任意正实数，γ1为d1(t)到精细抗干扰滤波器的观测误差的参考输出的闭环传递函数的H∞范数的上限，γ2为δ(t)到精细抗干扰滤波器的观测误差的参考输出的闭环传递函数的H∞范数的上限，γ3为高斯白噪声w(t)和v(t)到精细抗干扰滤波器的观测误差的参考输出的闭环传递函数的H2范数；求解矩阵不等式可得未知矩阵PL，针对无拖曳卫星的精细抗干扰滤波器的增益阵L＝P‑1PL。