基于联邦ukf的可重复使用运载器再入段组合导航

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1、基于联邦UKF的可重复使用运载器再入段组合导航针对航天科技领域的再入问题，根据导航系统状态方程非线性的特点，设计基于联邦滤波的UKF(UnscentedKalmanFilter)算法，并应用于可重复使用运载器(ReusableLaunchVehicle,RLV)的组合导航系统.对基于该算法的RLV组合导航(惯性导航、卫星导航和天文导航)系统进行仿真，并与传统的基于联邦滤波算法对组合导航系统进行比较.结果表明，提出的组合导航方案和基于联邦滤波的UKF算法能提高导航精度、鲁棒性和容错，供学习和研宄使用

2、，己的信息，.xzbu.8/view-8771260.htm关键词：再入段；UKF;联邦滤波；组合导航；可重复使用运载器V249.32；TP391.9AReentryintegratednavigationofreusablelaunchvehiclebasedonfederatedUKFalgorithmRENFang,LUOJianjun(SchoolofAstronautics,NorthwesternPolytechnicalUniv.,Xi'an710072,China)Abstract

3、：Withthereentryprobleminastronautictechnologyfield,theUnscentedKaimanFi1ter(UKE)algorithmisdesignedbasedonfederatedfilteraccordingtothenonlinearcharacteristicofthestateequationsinnavigationsystem.AnditisappliedintheintegratednavigationsystemofReusable

4、LaunchVehicle(RLV).TheintegratednavigationsystemofRLVwhichincludesinertialnavigation,satellitenavigationandcelestialnavigationissimulatedandcomparedwiththesystembasedontraditionalfederatedfilteringalgorithm.Theresultdemonstratesthattheintegratednaviga

5、tionmethodandtheUKFalgorithmbasedonfederatedfilteringcanimprovethenavigationprecision，robustnessandreliability.Keywords:reentry;unscentedKalmanfilter；federatedfiltering；integratednavigation；reusablelaunchvehicle0引言可秉复使用运载器(ReusableLaunchVehicle,RLV)是指

6、可以重复使用的、能迅速穿越大气层、自由往返于地球与太空之间的多用途航天器.RLV是降低航天运输费用的有效手段，是未来航天领域发展的必然趋势，而导航系统是RLV的关键技术之一.与航天飞机相比，RLV更重视导航系统的自主性、自适应性、鲁棒性和智能化.［1］再入问题一直是航天领域科技发展的重点与难点.本文参考国外RLV再入段导航系统现状，给出再入段组合导航方案，并推导再入段非线性状态方程，对再入段组合导航方案进行研究.UKF(UnscentedKalmanFilter)是JULIER等［2，3］提出的1

7、种新的状态估计方法.对于线性系统，UKF的滤波性能与卡尔曼滤波相当；但对于非线性系统，其性能则明显优于推广卡尔曼滤波.［4］本文对RLV再入段组合导航设计基于UKF的联邦滤波算法，仿真试验表明这种方法的可行性.1组合导航方案设计RLV再入段飞行的特点是速度快、攻角大、气动力干扰大，飞行过程中存在黑障现象.X-33的再入段就采用GPS/INS组合导航.GPS/INS组合可以得到较稳定的位置、速度信息，适中的姿态精度信息，但在黑障区GPS导航失效.天文导航是完全自主的导航方法，基本原理是通过姿态敏感器

8、测量航天器与天体的几何关系，确定航天器的轨道位置，有良好的自主性.［5］惯性/天文组合导航可以在黑障区完成导航任务［1］，经过黑障区后重新捕获GPS信号，对惯性导航进行校正.因此，惯性/卫星/天文组合导航是可行的导航方案.2基于联邦滤波的UKF算法传统的导航滤波器采用扩展卡尔曼滤波（ExtendedKalmanFilter,KKF）算法，但对非线性系统KKF不能满足局部线性化假设会导致滤波器性能不稳定.UKF是1种解决非线性问题的新方法，基本思想仍然采用与EKF类似的1套递推公式，