采用自适应无迹卡尔曼滤波的卫星姿态确定 被引量：14

1

作者 肖磊 王绍举 +1 位作者 常琳 周美丽 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期637-645,共9页

针对现有算法卫星姿态确定中模型参数估计不准确,系统存在外界干扰下稳定性差和跟踪精度不足的问题,提出一种自适应无迹卡尔曼滤波算法,对卫星三轴姿态进行估计。首先分析了陀螺和星敏组合定姿的工作原理,然后推导了以误差四元数为状态... 针对现有算法卫星姿态确定中模型参数估计不准确,系统存在外界干扰下稳定性差和跟踪精度不足的问题,提出一种自适应无迹卡尔曼滤波算法,对卫星三轴姿态进行估计。首先分析了陀螺和星敏组合定姿的工作原理,然后推导了以误差四元数为状态变量的卫星姿态运动学方程。滤波过程中,该算法引入自适应矩阵,对量测噪声协方差矩阵进行调整;依据滤波发散判别准则,对系统噪声协方差矩阵进行自适应修正,抑制滤波过程中可能的发散情形,获得了良好的自适应性能。实验结果表明,在参数估计不准确时,自适应无迹卡尔曼滤波相比鲁棒自适应UKF算法,三轴估计精度的均方根误差(RMSE)分别提升了30.0%,34.1%,22.4%。该算法基本满足卫星姿态确定的高精度、强鲁棒性等要求。 展开更多

关键词 卫星姿态确定 自适应滤波 误差四元数 鲁棒性

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多敏感器卫星姿态确定的卡尔曼滤波器设计 被引量：6

2

作者 刘志俭 吴美平 胡小平 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期28-32,共5页

针对陀螺、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态确定系统 ,采用四元数方法建立卫星姿态确定模型 ,并采用卡尔曼滤波器进行信息融合。仿真算例结果表明 。

关键词 卫星姿态确定 卡尔曼滤波器 四元数 敏感器 设计

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星敏感器低频误差在轨校准方法研究 被引量：12

3

作者 熊凯 宗红 汤亮 《空间控制技术与应用》 2014年第3期8-13,共6页

研究星敏感器低频误差在轨校准问题.星敏感器低频误差主要由周期性的空间热环境变化造成,会对卫星姿态确定精度造成显著影响.针对这一问题,提出一种星敏感器低频误差校准新方法,通过扩维卡尔曼滤波同时估计卫星姿态和低频误差参数.研究... 研究星敏感器低频误差在轨校准问题.星敏感器低频误差主要由周期性的空间热环境变化造成,会对卫星姿态确定精度造成显著影响.针对这一问题,提出一种星敏感器低频误差校准新方法,通过扩维卡尔曼滤波同时估计卫星姿态和低频误差参数.研究表明,采用所提低频误差校准方法能够显著提高姿态确定系统的性能.基于在轨卫星上的星敏感器遥测数据建立了用于数学仿真的星敏感器低频误差模型,数学仿真结果验证了低频误差校准方法的有效性. 展开更多

关键词 卫星姿态确定 扩维卡尔曼滤波 低频误差

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联合CDGPS技术和星间相对测量进行编队星座状态确定 被引量：7

4

作者 范国清 王威 郗晓宁 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期218-223,共6页

以空间圆3星编队星座为对象,建立了联合GPS载波相位差分(Carrier phase Differential GPS,CDGPS)和星间相对测量进行编队星座状态确定的数学模型;利用高精度的星间相对测量信息给星间公里级基线提供厘米级约束,极大地缩小了星间单差模... 以空间圆3星编队星座为对象,建立了联合GPS载波相位差分(Carrier phase Differential GPS,CDGPS)和星间相对测量进行编队星座状态确定的数学模型;利用高精度的星间相对测量信息给星间公里级基线提供厘米级约束,极大地缩小了星间单差模糊度的搜索空间,进而在卫星无需机动的情况下采用Bayes最小二乘法快速解算出星间GPS载波相位单差整周模糊度;最后数学仿真证明了方法的有效性,结果表明卫星间相对位置确定精度达10-2m,卫星姿态确定精度达10-3rad. 展开更多

关键词 星间相对测量 编队星座 DGPS技术 状态 载波相位差分 卫星姿态确定 phase 整周模糊度 最小二乘法 Bayes 数学模型 测量信息 搜索空间 快速解算 数学仿真 空间圆 厘米级 高精度 卫星间

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星敏感器慢变误差校准方法研究 被引量：5

5

作者 徐樱 吴德安 +2 位作者 汪礼成 刘德庆 谢任远 《上海航天》 2016年第4期63-69,共7页

对星敏感器慢变误差(LFE)校准方法进行了研究。根据星敏LFE主要是源于周期性的空间热环境变化的机理,将星敏的LFE作为周期信号,用傅里叶级数表述。用最小二乘法估算陀螺常值漂移中的周期量,再由常值漂移估计辨识出星敏LFE的参数,确定LF... 对星敏感器慢变误差(LFE)校准方法进行了研究。根据星敏LFE主要是源于周期性的空间热环境变化的机理,将星敏的LFE作为周期信号,用傅里叶级数表述。用最小二乘法估算陀螺常值漂移中的周期量,再由常值漂移估计辨识出星敏LFE的参数,确定LFE傅里叶级数中正弦和余弦函数的振幅。根据傅里叶级数形式的LFE模型和估得的LFE参数,模拟产生LFE的表达式,对星敏的输出进行补偿校正。给出了星敏LFE的辨识过程。研究表明:星敏LFE补偿后,改善了姿态估计精度和陀螺常值漂移估计准确度,显著提高姿态确定系统的性能。 展开更多

关键词 卫星姿态确定 星敏感器 慢变误差 周期性 空间热环境 校准 陀螺常值漂移 最小二乘法

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基于多敏感器卫星姿态确定系统故障检测方法研究 被引量：4

6

作者 彭蓉 秦永元 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期487-491,共5页

针对无陀螺配置情况下由星敏感器、数字式太阳敏感器和数字式地球敏感器构成的卫星姿态确定系统,采用分散化滤波器进行信息融合,得到星体角速度的估计值。在此基础上,设计基于残差加权平方和的故障检测方法,并与常用的状态卡方检测法进... 针对无陀螺配置情况下由星敏感器、数字式太阳敏感器和数字式地球敏感器构成的卫星姿态确定系统,采用分散化滤波器进行信息融合,得到星体角速度的估计值。在此基础上,设计基于残差加权平方和的故障检测方法,并与常用的状态卡方检测法进行仿真比较。仿真结果表明,残差加权平方和检测法能更有效地对卫星定姿所用的多传感器发生的突变和缓变故障进行检测与隔离。 展开更多

关键词 卫星姿态确定 故障检测 残差加权平方和 多传感器 无陀螺

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卫星高精度相对姿态确定技术 被引量：3

7

作者 张春青 王淑一 陈超 《空间控制技术与应用》 2014年第3期19-24,共6页

高分辨率遥感卫星姿态事后处理精度的典型指标要求为2.4″(3σ).受星敏感器低频误差影响,常规的星敏感器/陀螺组合定姿方法的姿态确定精度难以实现上述指标要求.考虑到陀螺短期测量精度高的特性,提出了一种基于陀螺测量信息的相对姿态... 高分辨率遥感卫星姿态事后处理精度的典型指标要求为2.4″(3σ).受星敏感器低频误差影响,常规的星敏感器/陀螺组合定姿方法的姿态确定精度难以实现上述指标要求.考虑到陀螺短期测量精度高的特性,提出了一种基于陀螺测量信息的相对姿态确定方案.利用陀螺信息确定各时刻相对于起始时刻的相对姿态,起始时刻的绝对姿态精度由地面高精度标定等手段保证.采用该方案可以在一定时间内实现高精度的姿态确定精度.给出了针对该方案的理论分析、数学仿真以及物理仿真试验结果. 展开更多

关键词 卫星姿态确定 姿态角度增量 速率陀螺 精度

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无陀螺姿态估计方法仿真分析 被引量：1

8

作者 沈莹 曲友阳 +1 位作者 范林东 戴路 《导航定位学报》 CSCD 2022年第5期62-67,共6页

针对不使用陀螺或陀螺失效情况下卫星姿态确定的问题,提出了用滤波估计的方法构造一个“伪陀螺”进行姿态确定的方法。以星敏测量信息和飞轮转速信息为输入量,以偏差四元数、偏差角速度、偏差干扰力矩为状态变量设计了误差姿态估计方程... 针对不使用陀螺或陀螺失效情况下卫星姿态确定的问题,提出了用滤波估计的方法构造一个“伪陀螺”进行姿态确定的方法。以星敏测量信息和飞轮转速信息为输入量,以偏差四元数、偏差角速度、偏差干扰力矩为状态变量设计了误差姿态估计方程,结合扩展卡尔曼滤波实现了高精度的无陀螺姿态确定。通过仿真验证了该方法的有效性。在此基础上分析了影响姿态估计精度的各个因素。结果表明,飞轮安装误差、星体转动惯量误差主要影响动态跟踪过程;星敏噪声、飞轮噪声影响稳态过程,尤其飞轮对估计精度的影响大,无陀螺姿态估计方法可以在卫星上应用,但要严格控制飞轮指标。 展开更多

关键词 无陀螺 卫星姿态确定 星敏 飞轮 卡尔曼滤波

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基于联合滤波的卫星姿态确定 被引量：2

9

作者 葛益明 矫媛媛 +1 位作者 王炯琦 周海银 《上海航天》 2013年第6期23-27,51,共6页

对由星敏感器、陀螺、太阳敏感器和磁强计构成的组合姿态确定系统,建立了卫星确定系统模型、子系统滤波方程。基于信息融合设计了改进的联合滤波,讨论了信息分配因子确定,给出了改进的系统滤波流程。仿真结果表明:改进后卫星姿态确定的... 对由星敏感器、陀螺、太阳敏感器和磁强计构成的组合姿态确定系统,建立了卫星确定系统模型、子系统滤波方程。基于信息融合设计了改进的联合滤波,讨论了信息分配因子确定,给出了改进的系统滤波流程。仿真结果表明:改进后卫星姿态确定的算法有能效提高卫星姿态的估计精度。 展开更多

关键词 卫星姿态确定 信息融合 联合滤波 分配因子

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日本CCD星跟踪器研究进展

10

作者 李捷 《控制工程（北京）》 1994年第4期26-30,共5页

一、引言为了满足卫星姿态确定和控制系统高精度的要求,日本已研制成功两种型号的CCD星跟踪器,并且应用于科学观测卫星的飞行任务。第一类CCD星跟踪器应用于X射线天文卫星AS TRO-C,于1987年2月5日发射,星上两个星跟踪器与惯性基准单元(... 一、引言为了满足卫星姿态确定和控制系统高精度的要求,日本已研制成功两种型号的CCD星跟踪器,并且应用于科学观测卫星的飞行任务。第一类CCD星跟踪器应用于X射线天文卫星AS TRO-C,于1987年2月5日发射,星上两个星跟踪器与惯性基准单元(一组速率积分陀螺)相结合提供了精确的卫星姿态数据;第二类CCD星跟踪器体积较小,重量较轻,应用于太阳观测卫星SOLAR-A,于1991年8月30日发射。 展开更多

关键词 日本 科学卫星 卫星姿态确定 卫星姿态控制

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处理不确定性姿态确定系统误差的新型鲁棒滤波方法

11

作者 矫媛媛 潘晓刚 +1 位作者 雷拥军 张春青 《模糊系统与数学》 北大核心 2022年第1期157-164,共8页

针对卫星姿态确定系统中存在不确定性系统误差问题,本文提出了一种适于处理不确定性系统误差的新型鲁棒滤波方法,以提高姿态确定精度。在深入分析了经典的鲁棒姿态确定方法的优势及缺陷基础上,利用相对安装误差等系统误差之间的相关性信... 针对卫星姿态确定系统中存在不确定性系统误差问题,本文提出了一种适于处理不确定性系统误差的新型鲁棒滤波方法,以提高姿态确定精度。在深入分析了经典的鲁棒姿态确定方法的优势及缺陷基础上,利用相对安装误差等系统误差之间的相关性信息,将不确定性误差降维处理,进而,基于最小化估计误差的方差上界的思想,设计出改进的新型鲁棒滤波方法,抑制不确定性系统误差的影响。最后通过仿真实验验证了本文所提出方法的有效性以及相对于经典的卡尔曼滤波(EKF)方法、扩维的EKF(E-EKF)方法以及经典的鲁棒滤波方法的优越性。 展开更多

关键词 卫星姿态确定 不确定性系统误差 鲁棒滤波

原文传递

基于多模型自适应估计的姿态敏感器误差校准 被引量：1

12

作者 熊凯 魏春岭 刘良栋 《系统科学与数学》 CSCD 北大核心 2015年第7期745-756,共12页

提出一种基于多模型自适应估计(MMAE)的星敏感器低频误差(LFE)校准方法.星敏感器低频误差主要是由空间热环境的周期性变化造成的,会对卫星姿态确定精度造成显著影响.低频误差的影响可以通过扩维卡尔曼滤波(AKF)进行校准.但是,在星敏感... 提出一种基于多模型自适应估计(MMAE)的星敏感器低频误差(LFE)校准方法.星敏感器低频误差主要是由空间热环境的周期性变化造成的,会对卫星姿态确定精度造成显著影响.低频误差的影响可以通过扩维卡尔曼滤波(AKF)进行校准.但是,在星敏感器观测量中不存在低频误差的情况下,AKF的姿态估计精度往往不及传统卡尔曼滤波(KF).针对这一问题,将KF与AKF相结合,设计了基于MMAE的姿态确定滤波算法,该算法能够根据星敏感器在轨误差特性自适应的选择KF或AKF算法进行滤波.仿真结果表明,所提算法综合性能优于KF和AKF,适用于对姿态确定精度要求较高的高分辨率对地观测卫星. 展开更多

关键词 多模型自适应估计 扩维卡尔曼滤波 卫星姿态确定 误差校准.

原文传递

范数有界的鲁棒卫星姿态估计方法 被引量：1

13

作者 赵琳 邱海洋 郝勇 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期43-47,共5页

针对现有卫星姿态鲁棒滤波器中计算量大、时变系统估计效果不理想的问题,将范数有界鲁棒滤波器应用于卫星姿态估计系统中.该方法将一部分系统模型误差视为系统的不确定度,降低了系统的建模难度.通过欧几里德范数确定状态的不确定度上界... 针对现有卫星姿态鲁棒滤波器中计算量大、时变系统估计效果不理想的问题,将范数有界鲁棒滤波器应用于卫星姿态估计系统中.该方法将一部分系统模型误差视为系统的不确定度,降低了系统的建模难度.通过欧几里德范数确定状态的不确定度上界,对系统进行误差有界的鲁棒估计,保证了估计精度.仿真结果表明:在假设的不准确条件下,该鲁棒滤波器展现了良好的鲁棒性,其估计性能比传统扩展卡尔曼滤波(EKF)方法在三轴的估计精度(RMS)方面分别提高了11.21%,17.97%和38.13%. 展开更多

关键词 鲁棒滤波估计 卫星姿态确定 范数有界 黎卡迪方程 卡尔曼滤波

原文传递

基于神经网络信息融合技术的卫星定姿算法

14

作者 蔡琳 陈家斌 +2 位作者 吕少麟 丁露 宋春雷 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2009年第2期36-39,42,共5页

姿态确定系统是卫星姿态控制系统中的重要组成部分,卫星姿态确定的精度直接影响卫星控制精度。为得到高姿态精度,针对由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit)、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态确定系统,分别采用BP网络算法和... 姿态确定系统是卫星姿态控制系统中的重要组成部分,卫星姿态确定的精度直接影响卫星控制精度。为得到高姿态精度,针对由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit)、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态确定系统,分别采用BP网络算法和径向基(RBF)网络算法对不同的姿态敏感器的输出数据进行融合,并用STK(Satellite Tool Kit)数据进行了仿真。仿真分析结果表明这两种学习算法均可以提高卫星定姿精度,相对而言,RBF网络无论是精度上还是收敛速度上均优于BP网络。 展开更多

关键词 神经网络 信息融合 卫星姿态确定 姿态敏感器

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卫星姿态的鲁棒反馈滤波器方法研究

15

作者 丁明亮 赵昂 《航天控制》 CSCD 北大核心 2019年第5期16-22,共7页

针对传统卫星姿态估计过程中计算量大的问题,提出了基于控制反馈的卫星姿态鲁棒滤波方法,将滤波器的新息作为闭环系统的输入,由此可以分离动态滤波方程中的时变因素(卫星姿态角速度),再将时变因素作为系统的不确定性考虑,最终通过鲁棒... 针对传统卫星姿态估计过程中计算量大的问题,提出了基于控制反馈的卫星姿态鲁棒滤波方法,将滤波器的新息作为闭环系统的输入,由此可以分离动态滤波方程中的时变因素(卫星姿态角速度),再将时变因素作为系统的不确定性考虑,最终通过鲁棒滤波方法对线性时不变系统的最终稳态值进行求解。该方法可以通过陀螺与星敏感器的参数信息,提前离线计算出滤波器的相关参数,具有很强的工程可用性。仿真结果表明,在卫星存在旋转角速度时,三轴的估计精度(MSE)比不考虑系统时变因素的控制反馈滤波器分别提升了12%,21.05%,4%。 展开更多

关键词 鲁棒滤波 卫星姿态确定 反馈控制滤波 卡尔曼滤波 RICCATI方程

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无陀螺卫星姿态确定系统的分散化滤波器设计

16

作者 周文君 秦永元 顾冬晴 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2005年第S2期279-282,共4页

针对无陀螺配置的情况下由星敏感器、数字式太阳敏感器和红外地平仪构成的卫星姿态确定系统,提出采用分散化滤波器进行信息融合。设计了多敏感器信息融合的分散化滤波器结构和算法,推导了各个子系统的状态方程和量测方程。仿真分析结果... 针对无陀螺配置的情况下由星敏感器、数字式太阳敏感器和红外地平仪构成的卫星姿态确定系统,提出采用分散化滤波器进行信息融合。设计了多敏感器信息融合的分散化滤波器结构和算法,推导了各个子系统的状态方程和量测方程。仿真分析结果表明,在无陀螺配置的情况下采用分散化滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合,能够以较小的计算量实现高精度的信息融合。 展开更多

关键词 分散化滤波器 卫星姿态确定 信息融合 无陀螺配置

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基于Gibbs矢量估计卫星轨道姿态的滤波算法研究 被引量：5

17

作者 林玉荣 邓正隆 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2004年第3期1-6,共6页

针对“矢量观测+陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统模式,引入具有四元数优越性的Gibbs矢量作为姿态参数,提出了一种新的具有良好实时性能的轨道姿态估计方案。在方案设计中,为描述卫星轨道姿态的Gibbs矢量,推导出了基于四元数... 针对“矢量观测+陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统模式,引入具有四元数优越性的Gibbs矢量作为姿态参数,提出了一种新的具有良好实时性能的轨道姿态估计方案。在方案设计中,为描述卫星轨道姿态的Gibbs矢量,推导出了基于四元数的运动学方程,并将QUEST法作为处理多矢量观测信息的压缩技术引入估计器,使得滤波修正算法得以简化。另外,针对单矢量观测情况,给出了能够加快状态估值收敛速度的改进协方差修正算法。仿真结果验证,新方案的姿态估计精度与传统的欧拉角估计法相当,而运算效率却明显高于欧拉角估计法。 展开更多

关键词 轨道姿态 Gibbs矢量 矢量观测 扩展卡尔曼滤波 三轴稳定卫星姿态确定系统 姿态参数

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基于强跟踪的平方根 UKF 的卫星姿态确定算法 被引量：6

18

作者 王松艳 李敏 +2 位作者 张迎春 祝宝龙 李化义 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期111-118,共8页

针对受不确定性干扰的影响卫星姿态确定系统,SRUKF存在跟踪能力弱、估计精度低和鲁棒性差等问题,本文根据强跟踪滤波(STF)原理,提出了一种改进的强跟踪平方根UKF算法。该方法中,采用基于等价变化的方法来计算自适应渐消因子,避免了Jacob... 针对受不确定性干扰的影响卫星姿态确定系统,SRUKF存在跟踪能力弱、估计精度低和鲁棒性差等问题,本文根据强跟踪滤波(STF)原理,提出了一种改进的强跟踪平方根UKF算法。该方法中,采用基于等价变化的方法来计算自适应渐消因子,避免了Jacobian矩阵的计算;引入两个多重自适应渐消因子矩阵,保证了协方差矩阵的对称性;利用改进的平方根分解方法,改善了滤波器的稳定性。实验仿真结果表明,相对于SRUKF和STF,本文提出的强跟踪平方根UKF具有更好的稳定性、鲁棒性和对突变状态的跟踪能力。 展开更多

关键词 四元数 QR分解 卫星姿态确定系统

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基于神经网络专家系统的卫星姿态确定系统故障诊断 被引量：5

19

作者 蔡琳 陈家斌 +1 位作者 黄远灿 徐建华 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第A02期181-184,共4页

介绍了一种基于人工神经网络与专家系统相结合的智能故障诊断系统,将专家系统与神经网络结合运用取长补短,发挥各自的优势.给出了系统的结构组成,并具体描述了神经网络专家系统的工作原理.采用的RBF网络有效地克服了BP网络收敛速度慢,... 介绍了一种基于人工神经网络与专家系统相结合的智能故障诊断系统,将专家系统与神经网络结合运用取长补短,发挥各自的优势.给出了系统的结构组成,并具体描述了神经网络专家系统的工作原理.采用的RBF网络有效地克服了BP网络收敛速度慢,且易陷入局部极小的缺陷.同时利用神经网络的并行处理功能,有效地解决了传统专家系统的推理复杂、时间冗余等缺点.仿真结果证明了该方法应用于卫星姿态确定系统的故障诊断是有效的. 展开更多

关键词 故障诊断 专家系统 神经网络 卫星姿态确定系统

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用于无陀螺卫星姿态确定的预测UKF算法 被引量：4

20

作者 廖鹤 王本利 曹正礼 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期687-692,共6页

为了降低卫星姿态动力学模型误差和初始姿态误差对无陀螺卫星姿态确定的影响,提出了一种预测无迹卡尔曼滤波(UKF)算法。该算法利用预测滤波中的泰勒级数展开方法对未知的卫星姿态动力学模型误差进行估计,然后将其带入UKF中实现无陀螺卫... 为了降低卫星姿态动力学模型误差和初始姿态误差对无陀螺卫星姿态确定的影响,提出了一种预测无迹卡尔曼滤波(UKF)算法。该算法利用预测滤波中的泰勒级数展开方法对未知的卫星姿态动力学模型误差进行估计,然后将其带入UKF中实现无陀螺卫星姿态确定。用三维偏差四元数代替四元数作为状态变量,避免了估计过程四元数单位约束性被破坏的现象。仿真结果表明,当较大的卫星姿态动力学模型误差和初始姿态误差同时存在时,该算法仍能精确地实现卫星姿态确定。 展开更多

关键词 模型误差 初始姿态误差 无陀螺卫星姿态确定 预测无迹卡尔曼滤波 单位约束性

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