[发明专利]一种非合作目标运动与惯性参数的时频域混合辨识方法

摘要

本发明涉及一种非合作目标运动与惯性参数的时频域混合辨识方法，首先通过视觉相机获得目标的位姿信息。本文提出一种在视觉测量目标位姿的基础上，解耦运动过程中的平动与转动，时域与频域同步辨识目标的状态与动力学参数，频域上采用DFT辨识与平动相关参量，时域上线性化空间漂浮目标动力学方程，采用EFIR辨识与转动相关参量。

主权项

一种非合作目标运动与惯性参数的时频域混合辨识方法，其特征在于步骤如下：步骤1：由视觉相机获得的非合作目标相对位姿信息；步骤2、根据视觉相机获得的目标位姿信息以及航天器运动方程，采用频域最优滤波器对非合作目标的质心位置及平动速度进行估计：2‑1)设计频域滤波器，对非合作目标位置序列进行DFT变换，相当于把这个序列通过一个FIR数字滤波器，位置序列rs(n)的离散付里叶变换式X(k)=Σn=0N-1rs(n)e-j(2πN)kn,(k=0,1,...,N-1)]]>式中，N为变换点数目，rs(n)为n时刻目标的位置，由视觉相机获得，如图1所示。这相当于使序列rs(n)中的每个样本有相位滞后最后在n＝N‑1时刻把经过相移的各个样本叠加起来，就得出了序列rs(n)中频率为kΩ的频谱分量的付里叶系数X(k)；2‑2)由于目标存在平动与转动，将方程进行平动与转动分解，rs＝r+R(q)ρ＝r0+vt+R(q)ρr·s=v+R(q)(ω×ρ)]]>其中：ρ为卫星质心到目标点位置矢量，ω为目标旋转角速度，ρ,ω均为在相机所在坐标系下的表达，r为目标质心位置，r0为初始时刻目标质心位置；相机所在坐标系相对于惯性坐标系的旋转通过四元数q表示；角速度与四元数的运动学关系表示为：q·=12Ω(ω)q]]>式中，同样，对于姿态变化所采用的四元数乘法，做如下定义：q⊗=Δq0E4+Ω(qv)]]>式中，E为单位矢量，qv为四元数矢量部分，q0为四元数标量部分，四元数表示为q＝[qvTq0]T；四元数运算通过旋转矩阵R(q2)R(q1)描述，R(q)定义为：R(q)＝(2q02‑1)E3+2q0[qv×]+2qvqvT质心位置r0与平动线速度v均为目标位置序列及其差分的直流分量；步骤3、辨识质心位置r0与平动线速度v：根据视觉相机获得的目标位姿信息以及航天器运动方程，在时域上采用扩展有限冲击相应滤波器对非合作目标的运动角速度以及惯性参量进行估计：3‑1)设计时域滤波器，EFIR滤波器首先假定窗口长度N，通过计算量测偏差的均方值在线估计得出；当获得第n时刻量测值时，从时刻m＝n‑N+1到时刻n之间的N个量测值为有效量测值，目标状态的估计值表示为x^l=x^l-+Kl[Zl-Hl(xl-)]]]>其中，为l时刻状态估计值，为状态预估计，l取值范围从m+k到n，k为状态数，当l＝n时，输出n时刻状态估计值。Zl为l时刻观测值，Kl为l时刻滤波器增益，为观测矩阵；Kl=GlHlT]]>式中Gl为广义噪声功率增益，通过下式迭代计算得出Gl=[HlTHl+(ΦlGl-1ΦlT)-1]-1]]>对与转动有关的状态矢量x＝[qvT ωT pT ρT μvT]T的辨识流程如下所示：输出即为目标参数的状态估计值；其中：Φ(n)=ΔΦ(tn+1,tn)=Φ(tn+1-tn)=eF(tn)(tn+1-tn)≈E15+(tn+1-tn)F(tn).]]>