基于自適應UKF及位速測量輔助的大橢圓軌道衛(wèi)星自主導航.pdf

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

2、 在 單 位：控制科學與工程系 答 辯 日 期：2012 年 6 月 授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學 摘 要 - I - 摘 要 衛(wèi)星在大橢圓軌道上運行，不僅其軌道動力學變化劇烈，而且要經(jīng)歷各種嚴酷的空間環(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致導航精度降低；2)由大橢圓軌道動力學特點引起的近地點導航濾波精度波動。本文以實現(xiàn)大橢圓軌道衛(wèi)星自主導航為目的，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。針對標準 UKF 算法對不確定測量噪聲適應能力差的問題， 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，通過引入自適應因子， 推導得到了強跟蹤 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 算法由于自適應計算及 Unscented 變換導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運算?；谶@一思想，研究了切換自適應 UKF 算法。通過大數(shù)定理及其推論，得到了切換自適應 UKF 算法的模式切換準則， 在濾波中動態(tài)判斷濾波器的工作模式，并進行相應的切換。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 UKF 相比，基于超球面變換的自適應 UKF 算法能夠絕對減少計算量。 研究了切換模糊自適應 UKF 濾波算法。通過在自適應算法中引入模糊推理，進一步調(diào)節(jié)自適應因子，提高導航濾波精度。為了使模糊自適應濾波器能夠適應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；當測量噪聲較大時，主要完成對不確定測量噪聲的自適應。 為了彌補模糊推理方法存在的學習能力較差，推理過程模糊性大等缺點，引入了 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡處理方法，系統(tǒng)采用串聯(lián)型結構，通過神經(jīng)網(wǎng)絡對模糊調(diào)節(jié)自適應因子進行后期處理。 研究了適合于大橢圓軌道衛(wèi)星的自主導航方法。針對天文自主導航在近地點導航估計誤差波動問題，引入位速測量輔助修正