[发明专利]火星动力下降段减弱动力学系统误差的两步滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及火星动力下降段减弱动力学系统误差的两步滤波方法。属于航天导航技术领域。

背景技术

Kalman方法是非常常见的一种确定航天器位置速度方法。它要求动力学系统和量测系统的精确已知。在实际工程中动力学系统难精确得到，存在一定的不确定性和动力学系统误差。在火星动力下降段中，由于飞行器动力学系统采用加速度计和陀螺仪量（IMU）的惯性导航进行航迹递推。而加速度计测量的为非惯性力，即火星重力加速度无法测得。通常只能利用事先估计的重力带入计算，这样将产生较大的误差。如2012年美国的好奇号在其着陆点附近存在着一定的重力加速度误差。未来火星任务将在一些具有科学意义的地点着陆，这些地点的地貌复杂，其重力加速度将在火星着陆器着陆前更加难以精确测定，存在的重力加速度误差将影响着高精度的着陆。另外，由于初始安装在着陆器上的测量仪器存在一定的安装误差，这些误差将使得动力学系统和量测系统存在一定的未知系统误差。过大的误差会导致位置速度误差的增大甚至发散，引起航天器导航误差、降低导航精度。为了方便描述，下文以火星重力加速度为例，对火星重力加速度进行有效的估计和校正从而进一步提高导航精度。

现有技术中，可以用于确定航天器位置速度的方法有多种。

现有技术一，基于泰勒展开的扩展Kalman滤波估计方法。该方法忽略了动力学系统中的误差，如火星重力加速度误差。该方法给出了非线性动力学方程和非线性测量方程的泰勒展开加权融合的估算公式。

现有技术二，基于sigma点集（为正态分布采样策略）的无迹Kalman滤波方法。先根据正态分布的均值和方差计算出sigma点集，并确定出各点的权值，再通过动力学方程计算出航天器的位置速度，然后通过量测方程得到的量测数据对航天器的位置速度进行调整修正。它同样不考虑火星重力加速度误差对动力学系统的影响。

现有技术一适用于动力学系统和量测系统精确可知条件下。在火星动力下降过程中，火星重力加速度具有一定的不可估计的误差，因此不太适用于火星动力下降段。

现有技术二在测量手段有限，测量数据少，难以动力学系统误差估算和减弱。因此动力学系统中的误差将影响航天器的位置速度估计，难以进行调整修正，因此不太适用于火星动力下降段。

现有技术一二对于未知的火星环境，其动力学系统存在误差，如火星重力加速度误差。即使事先对着陆地点的重力加速度进行估计也还存在一定的误差。特别是在一些地形地貌复杂的具有科学探测的着陆点附近，火星重力加速度将难以进行事先估计校正。因此不太适用于火星动力下降段。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种火星动力下降段减弱动力学系统误差的两步滤波方法，以减小航天器位置速度误差，提高其精度。

2、技术方案：本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明一种火星动力下降段减弱动力学系统误差的两步滤波方法，它包括以下步骤：

步骤一、建立工程实际方程：离散的动力学系统和量测系统

xk+1=f(xk,uk)+Bkbgk+wkx---(1)]]>