基于量測(cè)信息的非線性濾波及其在導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、作為新世紀(jì)世界航天活動(dòng)的主要熱點(diǎn)之一，深空探測(cè)技術(shù)逐漸進(jìn)步，其中深空探測(cè)器的導(dǎo)航技術(shù)取得了重大進(jìn)展，為一系列的深空探測(cè)任務(wù)(如無(wú)人探測(cè)和載人探測(cè))的順利實(shí)施提供了技術(shù)基礎(chǔ)。有效的導(dǎo)航與控制是深空探測(cè)任務(wù)成功的必要前提。實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)器的自主管理可以使得航天計(jì)劃的成本更低，也可以保障深空探測(cè)器具有很好的自主生存能力。濾波方法在導(dǎo)航過(guò)程中起關(guān)鍵作用，當(dāng)濾波的觀測(cè)模型和系統(tǒng)模型均具有嚴(yán)重的非線性性時(shí)，只能使用適用于非線性系統(tǒng)的濾波方法，否則濾波

2、性能很可能不盡人意。而在本學(xué)位論文中所采用的導(dǎo)航系統(tǒng)正是屬于這種類型，并且其系統(tǒng)模型中有一些被視為擾動(dòng)項(xiàng)的項(xiàng)難以被視為高斯噪聲，因此的無(wú)跡粒子濾波是最適用的濾波方法。
　　本學(xué)位論文結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“深空探測(cè)高精度天文測(cè)角測(cè)速組合自主導(dǎo)航基礎(chǔ)研究”，針對(duì)火星探測(cè)巡航段的特點(diǎn)，深入研究了相關(guān)的自主導(dǎo)航方法，并在此基礎(chǔ)之上改進(jìn)了基于量測(cè)信息的非線性濾波。本文的主要內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面:
　　一方面，從導(dǎo)航方法的角

3、度考慮。對(duì)深空探測(cè)環(huán)境的特殊性進(jìn)行分析，研究在這樣的環(huán)境下的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航天體的可觀測(cè)性分析方法，并通過(guò)這樣的可觀測(cè)性分析方法來(lái)分析研究自主導(dǎo)航系統(tǒng)的可觀測(cè)性，研究了基于小行星信息的巡航段自主導(dǎo)航方法。并利用信息融合方法結(jié)合天文導(dǎo)航和多普勒紅移導(dǎo)航，搭建天文/紅移組合導(dǎo)航系統(tǒng)，同時(shí)利用測(cè)角測(cè)速信息進(jìn)行導(dǎo)航，通過(guò)改進(jìn)導(dǎo)航方法來(lái)獲取更高的導(dǎo)航精度。
　　另一方面，從濾波算法的角度考慮。研究傳統(tǒng)的無(wú)跡粒子濾波算法及其改進(jìn)算法。本文提

4、出的兩種改進(jìn)無(wú)跡粒子濾波，這二者中均使用球形單形無(wú)跡變換來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的對(duì)稱集無(wú)跡變換，這樣可以大幅減少濾波過(guò)程中的?采樣點(diǎn)，進(jìn)而降低了運(yùn)算量。在第一種改進(jìn)的無(wú)跡粒子濾波算法中，采用迭代策略，利用新的觀測(cè)信息進(jìn)行線性化參考點(diǎn)，通過(guò)迭代更新提高非線性精度，提高導(dǎo)航濾波精度。在第二種改進(jìn)的無(wú)跡粒子濾波算法中，采用基于新息的自適應(yīng)方法，使得濾波具有自適應(yīng)的能力，精度也有一定的提升。
　　然后，將所提出的改進(jìn)無(wú)跡粒子濾波算法應(yīng)用于本文提出的天