基于自適應(yīng)UKF及位速測量輔助的大橢圓軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航.pdf

1、 國內(nèi)圖書分類號： V11 學(xué)校代碼： 10213 國際圖書分類號：R6 密級：公開 工學(xué)博士學(xué)位論文 工學(xué)博士學(xué)位論文 基于自適應(yīng) UKF 及位速測量輔助的大橢圓軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航 博 士 研 究 生：李璟璟 導(dǎo) 師：張迎春教授 申 請 學(xué) 位：工學(xué)博士 學(xué) 科：控制理論與控制工程 所

2、 在 單 位：控制科學(xué)與工程系 答 辯 日 期：2012 年 6 月 授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘 要 - I - 摘 要 衛(wèi)星在大橢圓軌道上運行，不僅其軌道動力學(xué)變化劇烈，而且要經(jīng)歷各種嚴(yán)酷的空間環(huán)境。因此實現(xiàn)大橢圓軌道衛(wèi)星自主天文導(dǎo)航面臨兩個新的問題：1)由空間環(huán)境帶來的不確定測量噪聲導(dǎo)致導(dǎo)航精度降低；2)由大橢圓軌道動力學(xué)特點引起的近地點導(dǎo)航濾波精度波動。本文以實現(xiàn)大橢圓軌道衛(wèi)星自主導(dǎo)航為目的，針對以上兩大

3、問題，進行了如下幾個方面的研究： 研究了強跟蹤 UKF 濾波算法。針對標(biāo)準(zhǔn) UKF 算法對不確定測量噪聲適應(yīng)能力差的問題， 將強跟蹤濾波的思想推廣到 UKF 濾波過程中， 根據(jù)正交性原理，通過引入自適應(yīng)因子， 推導(dǎo)得到了強跟蹤 UKF 算法。 該方法不僅繼承了強跟蹤濾波對不確定測量噪聲的自適應(yīng)能力，而且不必計算和存儲雅可比矩陣，可達到三階的濾波精度。 針對 UKF 算法由于自適應(yīng)計算及 Unscented 變換導(dǎo)致計算量增加的問題，研究

4、進一步減小計算量，提高計算效率的濾波方法。當(dāng)濾波過程中僅存在短時間不確定測量噪聲時，濾波器只需在檢測到不確定測量噪聲存在時啟動自適應(yīng)運算?；谶@一思想，研究了切換自適應(yīng) UKF 算法。通過大數(shù)定理及其推論，得到了切換自適應(yīng) UKF 算法的模式切換準(zhǔn)則， 在濾波中動態(tài)判斷濾波器的工作模式，并進行相應(yīng)的切換。Unscented 變換通過 Sigma 采樣點逼近非線性函數(shù)的概率密度函數(shù)，將狀態(tài)擴展為 2n+1 維，增加了濾波的計算量。為了解決

5、這一問題，進而研究了超球面變換采樣方法，利用超球面變換代替 Unscented 變換，將采樣點的個數(shù)縮減為 n+2 個，從而使計算量得到了極大的降低。與切換自適應(yīng) UKF 相比，基于超球面變換的自適應(yīng) UKF 算法能夠絕對減少計算量。 研究了切換模糊自適應(yīng) UKF 濾波算法。通過在自適應(yīng)算法中引入模糊推理，進一步調(diào)節(jié)自適應(yīng)因子，提高導(dǎo)航濾波精度。為了使模糊自適應(yīng)濾波器能夠適應(yīng)大范圍不確定測量噪聲的變化，對濾波器模糊推理系統(tǒng)的論域進行分析

6、和劃分，分別建立了正常情況和較大測量噪聲下的模糊隸屬度函數(shù)。在正常情況下的調(diào)節(jié)，主要是為了使濾波器能夠較快的收斂；當(dāng)測量噪聲較大時，主要完成對不確定測量噪聲的自適應(yīng)。 為了彌補模糊推理方法存在的學(xué)習(xí)能力較差，推理過程模糊性大等缺點，引入了 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理方法，系統(tǒng)采用串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對模糊調(diào)節(jié)自適應(yīng)因子進行后期處理。 研究了適合于大橢圓軌道衛(wèi)星的自主導(dǎo)航方法。針對天文自主導(dǎo)航在近地點導(dǎo)航估計誤差波動問題，引入位速測量輔助修正