失效卫星救援过程中相对导航算法研究.pdf

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1、第32卷2015年第4期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2015)04—0001～07失效卫星救援过程中相对导航算法研究杨雪勤，王洪宇，冯刚(上海宇航系统工程研究所，上海201109)摘要：针对救援或维护过程中目标突发机动情况，研究了施援卫星的近程相对导航系统及其优化算法。提出可将被救援目标突发的控制加速度视作不确定的干扰因素，用强跟踪无味卡尔曼滤波(STUKF)算法，提高相对导航系统对突变状态的跟踪能力，满足对救援目标相对状态估计的精度要求。仿真结果表明：STUKF提高了对救援目标相对导航信息的实时跟踪能力，保证了滤波过程的数值稳定性，

2、算法有效。关键词：救援目标机动；相对导航；强跟踪STUKF滤波器中圈分类号：V448．2文献标志码：AStudyonRelativeNavigationinRescueProcessforFailedSastelliteYANGXue—qing，WANGHong—yu，FENGGang(AerospaceSystemEngineeringShanghai，Shanghai201109，China)Abstract：Aimtothetargetspacecraftmaneuveringuncertainlyduringtherescuingormaintaining，theclo

3、serangerelativenavigationandtheoptimalalgorithmofthesatellitewerestudiedinthispaper．Theaccelerationoftherescuetargetwasservedastheuncertaindisturbance．Thetrackingabilityoftherelativenavigationsystemtotheuncertainlymaneuverwasimprovedtomeettheaccuracyrequirementoftherelativeattitudebetweentwo

4、spacecraftsbytheapplicationofstrongtrackingUKF(STUKF)．ThesimulationresultsshowedthattherealtimetrackingabilityoftherelativenavigationinformationwasimprovedbySTUKF，whichwouldapprovethenumericalstabilityduringthefiltering．Thealgorithmwaseffective．Keywords：Rescuetargetmaneuver；Relativenavigatio

5、n；StrongtrackingUKFalgorithm0引言太空中存在大量的失效卫星，这些卫星或是服务期已过，因一个或数个系统失效而成为废弃卫星，或某载荷失效而不能正常工作。对此类卫星，如无其他措施，将可能成为空间碎片或垃圾，其存在会威胁空间其他卫星的正常飞行。因此，空间救援与维护显得尤为重要。针对此类失效卫星的空间救援措施一般为：施援卫星轨道机动至救援目标附近，用其携带的机械臂实施救援，或用机械臂回收废弃卫星以减少空间垃圾或更换救援目标的载荷模块以重新使用。这些空间救援与维护策略，均需对救援目标实施近程逼近过程，施援卫星需装备近程导航设备实现对求援目标的相对导航与控制[1]

6、。收稿日期：2015-05—08；修回日期：2015—06—24作者简介：杨雪勤(1971～)，女，高级工程师，主要从事飞行器总体和飞行器导航控制设计。非线性条件下的扩展卡尔曼滤波(EKF)对非线性的系统方程或观测方程进行泰勒展开，并取其一阶近似项，这样不可避免会引入线性化误差，当线性化假设不成立时，EKF算法会导致滤波器性能下降甚至造成发散口]。在空间目标跟踪过程中，不能排除目标飞行器存在发生非合作性机动或大幅扰动的可能性。此时，目标将偏离原运行轨道，且在地心引力场的作用下这种位置和速度的偏离会呈现复杂的非线性特征。与此同时，传统的最优或次优滤波算法并不具备良好的抗扰动性，致

7、使在突变扰动下难以持续对系统状态进行准确跟踪，从而导致跟踪算法呈现跟踪快速性的不足，甚至因算法不收敛而引起失跟。因此，研究适于轨道机动目标跟踪的滤波估计算法显得尤为必要。适于非线性系统的滤波器无味卡尔曼滤波(UKF)通过确定性采样得到的一组Sigma点，可获得更多的观测假设，对系统状上海航天AEROSPACESHANGHAI第32卷2015年第4期态的均值和协方差的估计更准确，同时因采用非线性的状态方程或观测方程而避免了线性化误差[3]。在救援目标进行连续轨道机动时，对其进行轨道跟踪控制，观