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《分布逼近的卡尔曼滤波及其在星载gps卫星定轨中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第卷第期天文学报年,月分布逼近的卡尔曼滤波及其在星载卫星定轨中的应用吴江飞‘么‘黄城中国科学院上海天文台上海中国科学院研究生院北京信息工程大学测绘学院郑州摘要探讨了利用推广卡尔曼滤波估计非线性系统状态时存在的问题,进而简要介绍了目前自动控制领域广泛使用的分布逼近的卡尔曼滤波七考虑到卫星定轨中系统的动态方程和量测方程存在严重非线性的情形,提出了将用于星载卫星定轨实例计算结果表明,的性能要优于推广卡尔曼滤波关键词天体力学卡尔曼滤波,,定轨中图分类号文献标识码引言推广卡尔曼滤波是非线性系统最常用的一种递推滤波算法该滤波算法是将非线性系统的动态方程和量测方程应
2、用泰勒级数展开法进行线性化处理,由于存在对高阶项的截断误差,使得推广卡尔曼滤波的估计精度降低,严重时,甚至导致滤波发散对由系统非线性产生的线性化误差作定性的误差分析会发现动态方程的非线性所引进的线性化误差及模型误差对滤波初始段的精度影响不大,主要影响滤波长时间递推的精度量测方程的非线性所引进的线性化误差主要影响滤波初始段的精度,而对滤波长时间递推的精度影响较小应用卡尔曼滤波进行星载卫星定轨,较能体现该算法的优越性,尤其当星载在某些时刻无信号时,可以利用卡尔曼预测模型预测这些时刻的位置和速度而当有星载观测数据时,可利用卡尔曼滤波进行实时定轨或在某一时段内
3、,利用,,”卡尔曼平滑进行后处理精密定轨但这方面的研究仍然是基于从而不可避免地存在着线性化误差的影响尽管选择卫星轨道根数作为状态变量或者建立适当的坐标系能有效地减小动态方程和量测方程的线性化误差,但这些方法既不能从根本上改变系统的非线性特征,也不适用于考虑较多摄动项的动态方程针对的不足,等提出了一种新的非线性滤波方法它无需对非线性的动态方程和量测方程进行线性化处理,从而也就不存一一收到原稿,一一收到修改稿一一中国科学院知识创新工程重要方向项目和国家计划资助天文学报卷在线性化误差的影响本文简要介绍了算法,并提出将用星载卫星定轨,实例计算结果表明,的性能要
4、优于算法,几和的基本框架是相同的它们的关键区别在两者采用了不同的方式来确定系统状态的预测均值和协方差阵主要是用线性模型逼近系统的非线性模型,而主要是用采样点的分布逼近系统状态的分布在中,首先要根据系统先验信息选择一批可表征系统状态的均值和协方差阵的采样点假定第无一步的滤波值和、一,滤波误差协方差阵分别为子一,和几由矩阵、为协方差阵的维数入而丁两耳耳,一‘、的行或列又可以得到为尺度参数的行或列可以得到个点由矩阵下丁习瓦瓦‘,一、仁述点对称的交一个点这个点均值为协方差阵为八每个点都加上均值并,,一沂是就,把中心点也考虑进来得到了个点它们的均值和协方差阵分别
5、为几和几一,这十个点直接代入系统的非线性方程进行转换,再由转换后所得到的、、一,、一,个点通过某种加权的方式来预测均值雳和协方差阵凡这就是不同的关键之处假定系统的动态方程和量测方程分别为如下离散非线性型的方程买、,一、‘,‘、、纵拟粉、口,、、、、粼。、、、、其中和分别为系统状态向量输入控制向量系统动态噪声向量和、、协方差阵夕、叼、和凡分别为观测向量量测噪声向量和协方差阵二、了,设系统状态向量的维数为算法如下初始化犷。二〔〕一。一巨司八几门。十计算个采徉点、、一一认一称一,训瓦万九一一、厄口‘了,几了、产城叹钾为咬︸了、时间更新、一,一一川从呱乙、、,
6、厉一,一爪’、、、一,又州犷了之凡、一,一、、一,一贫、‘一、人、一,了、一了、又城之之戈州一一十今、一、一,一守一介郑后了场和了凡、,一刀左左一一川洲期吴江飞等分布通近的卡尔曼滤波及其在星载卫星定轨中的应用几·、、,虱一,一矶,、、、一艺司量测更新,,、、一苦,了、、一,、、,、一,一、一。、一、‘、了、一叹,、声户、一虱虱尽厂习儿艺、,、、一,、、、一、,一岔、、一、、、一,一瓜、一艺州从一凡“气氨,熟二知、一十从叭一如一,凡一、一一虱·场瓜气叮,灭、一可分别取为关于采样点中的元素及其相应的权值,一九一,二习,坛、,、,,,,义一剪、一入几一,城入
7、、⋯了,、、一乞,,,,,一岔、一一斌入几二入落。二诚,守一,入,,入其中百不仄是尺度参数若假定动态噪声向量服从正态分布则通常取二一斌砰灭瓦二表示矩阵十习凡一,的平方根的第乞行或第乞列城一入入乞一价不,二一,,。州,一州诚兴是相应于第‘个点的权上标和分别表示计算均值和协方差阵时所取的权值星载卫星定轨实例分析由提供的定位能力目前正向空间飞行器的定轨方向拓展匡现在,许多低轨卫星装载有用于定轨的接收机,可以提供码伪距和连续的载波相位观测,从而提供用户卫星的精确位置即使采用最简单的接收设备,低高度轨道空间飞行器的瞬时定位精度也能达到数十米的量级,这足以满足大多
8、数任务的要求基于导航解的卫星定轨除了高精度应用需要直接处理原始的码观测值和载波相位观测值外,星
