[发明专利]一种多星协同测向定位观测系统优化设计与评估方法

摘要

本发明提供了一种多星协同测向定位观测系统优化设计与评估方法，首先利用观测方程推导几何定位误差传递矩阵，根据误差传递矩阵对观测几何进行优化，再通过Fisher信息阵计算时序状态估计的误差Cramer‑Rao下限(CRLB)，并与估计算法的Monte‑Carlo打靶结果进行比较，验证CRLB的有效性，然后利用CRLB分析观测次数增加时目标跟踪误差的衰减趋势规律、采样周期变化时目标跟踪误差的衰减量级规律、采样间隔增加时异步观测相对同步观测的跟踪误差相对变化，最后综合考虑观测成本，确定最优的观测系统设计。

主权项

1.一种多星协同测向定位观测系统优化设计与评估方法，其特征在于，包括：根据多星协同测向定位任务需求，明确多星观测系统优化项目，包括观测几何、观测次数、采样周期、观测同步性；建立卫星对目标的观测方程，利用全微分和统计原理推导测量误差到定位误差的传递矩阵，并利用误差传递矩阵对观测几何进行优化，得到多星协同观测的最优几何配置；在最优几何配置的基础上，建立测量集对当前状态量的雅可比矩阵，形成总观测矩阵，并结合测量噪声的协方差矩阵，形成全部量测对当前状态的Fisher信息阵，再通过Fisher信息阵计算当前状态估计的误差Cramer‑Rao下限CRLB，其表征了当前观测条件下目标定位所能达到的理论最优精度；在相同的采样周期和同步观测条件下，利用CRLB分析观测次数增加时目标跟踪误差的衰减趋势规律，找到跟踪误差趋于稳定时需要的观测次数阈值；在相同的观测次数和同步观测条件下，利用CRLB分析采样周期变化时目标跟踪误差的衰减量级规律，预测观测一定时间后跟踪误差的大小，结合探测器性能确定最优的采样周期；在相同的采样周期和异步观测条件下，利用CRLB分析采样间隔增加时异步观测相对同步观测的跟踪误差相对变化，权衡定位精度和同步实现难易程度，确定星间的同步观测要求；根据以上量化规律，结合具体任务需求和观测成本，设计出符合当前任务的观测系统最优参数。