星载GPS低轨卫星定轨算法仿真研究

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1、第27卷第8期计算机仿真2010年8月文章编号：1006—9348(2010)08—0056—05星载GPS低轨卫星定轨算法仿真研究吴志华1’2，丁杨斌1，申功勋1(1．北京航空航天大学宇航学院，北京100191；2．中北大学电子与计算机科学技术学院，山西太原030051)摘要：在对Kalman滤波在星载GPS低轨卫星定轨的研究中，由于系统和观测方程均为非线性，在线性化过程中引入线性化误差造成滤波发散现象，以及由于截断误差使得定轨精度差的问题，因此将平方根UKF方法应用于天基GPS低轨卫星定轨中，为提高定轨精度、速度及定轨稳定性。利用uT变换良

2、好的期龌及方羞传递特性，无须对系统方程及观测方程进行线性化，避免r传统的EKF算法由f线性化引入的误差，同时平方根滤波方法有效地克服r协方差阵非正定问题。仿真结果表明，在相同条件下比EKF有效地抑制_r滤波发散，且提高了定轨精度。关键词：全球定位系统定轨；无味变换；平方根无味卡尔曼滤波；低轨卫星中图分类号：VIl文献标识码：BSimulationStudyofLow—-Earth—-OrbitDeterminationAlgorithmfromSpace——basedGPSWUZhi—hual”，DINGYang—binl，SHENGong—x

3、unl(1．SchoolofAeronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100083，China；2．InstituteofElectronicandComputerScienceandTechnology，NorthUniversityofChina，TaiyuanShanxi030051，China)ABSTRACT：SR—UKFWaSusedinlow—earth—orbitdeterminationbyspace—baaedGPSinordertoso

4、lveKalmanfilteringdivergencebecauseoftheproblemsofnon—linearsystemequationandmeasurementequation，filterdiver-genceduetolinearizationen'or，andthebadprecisionoforbitdeterminationduetotruncationerror．Usingthismeth-odcanimprovetheprecisionandspeedoforbitdeterminationandstability

5、．Thisapproachadoptsthefavorabletrans-fercharacteristicinexpectationandvarianceforunscentedtransformation，andneedsnottobelinearforthesystemandobservationequation，thereby，callavoidimportingelTorowingtoconventionalEKF蛔ritIIms．Atthegametime。themethodofsquare—rootfilteringeffecti

6、velyovercomesthecovariancematrixnon—positive．Thesimulationexperimentresultsshowthattheproposedmethodhasefficientlyrestrainedfilteringdivergence，andbetterpositioningprecisethanEKFunderthesamecondition．KEYWORDS：GPSorbitdetermining；Unscentedtransformation；Square—rootunscentedKa

7、lmanfilter；Low—earth—orbitsatelJitel引言目前卡尔曼滤波理论被广泛应用于航窄航天、导航定位等各种领域。但是由于实际系统大多数是非线性系统，而最初的卡尔曼滤波算法仅适用于线性系统，为了解决这一问题，Bucy等人提出了非线性条件下的扩展卡尔曼滤波(Ex-tendedKalmanFiltering，EKF)⋯。在天基GPS低轨卫星定基金项目：总装备部创新项目(7130617)收稿日期：2009一04-21修回日期：2009—07—13—56一轨中，低轨卫星的系统方程对于状态变量是非线性的，观测方程也是非线性的，一般情

8、况，对于非线性系统的滤波方法大都采用将非线性系统进行线性化的EKF进行，此方法的采用不可避免的会引入线性化误差，造成定轨精度差，甚至滤波发散。为了解决