[发明专利]一种基于干扰估计的高精度姿态解算系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于干扰估计的高精度姿态解算系统，能直接应用于航空、航天等领域的姿态控制回路，又可作为姿态控制半物理仿真平台中的姿态确定单元来验证各种抗干扰姿态的确定。

背景技术

卫星、航天飞机、导弹等飞行器为了完成各自所承担的任务，需要对自身的姿态进行精确地控制，而准确地确定当前姿态信息是上述飞行器实现高性能姿态控制的前提，因此，姿态解算系统是飞行器的重要组成部分。

通常的姿态解算系统主要由姿态敏感器和相应的姿态信息处理算法即滤波算法组成，因此，姿态解算的精度取决于姿态敏感器本身的测量精度和滤波算法的性能。常用的姿态敏感器件主要包括陀螺仪、恒星敏感器、太阳敏感器、地球敏感器和磁强计。每一类敏感器都有自身的长处与不足，在实际的姿态确定系统中，通常采用滤波算法对不同类型敏感器所测得的姿态信息进行融合，从而能以较高的精度对当前姿态进行估计。在对姿态敏感器的量测数据进行滤波处理时，不可避免地会受到包括建模误差、模型参数摄动、敏感器随机噪声在内的多源干扰的影响，这些干扰不能被简单地归入高斯噪声，因此在实际任务中，仅能处理高斯噪声的卡尔曼滤波算法往往无法满足姿态确定系统的精度要求，滤波算法的抗干扰性能越来越成为人们关注的焦点。同时为验证某种滤波算法的性能，需要进行半物理仿真试验，传统的半物理仿真需要将陀螺仪精确安装在三轴转台上才能测量三个轴的姿态角速率，而转台往往是一套半物理仿真平台中最昂贵的装置，对转台的依赖不但给半物理仿真的操作带来不便，而且大大地增加了成本。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种硬件结构简单，能够有效抑制多源干扰影响，可以方便地用于桌面在回路仿真验证的高精度姿态解算系统。

本发明的技术解决方案是：一种基于干扰估计的高精度姿态解算系统，其特征在于包括姿态敏感器、姿态信息处理板、实时仿真目标机、姿态控制模块和姿态信息显示模块；其中姿态敏感器包括陀螺仪、恒星敏感器、太阳敏感器和磁强计，用于敏感载体当前的姿态信息，姿态信息处理板实时接收姿态敏感器的量测数据，采用结合了干扰估计器和鲁棒混合多目标滤波器的抗干扰鲁棒滤波算法，对接收到的原始量测数据进行滤波处理，得到满足载体精度要求的姿态解算结果，并将姿态解算信息发送给姿态控制模块，实时仿真目标机接收姿态控制模块解算的姿态控制指令，调用实时仿真目标机中的执行机构和姿态动力学模块模拟真实载体的运动状态，同时通过姿态信息显示模块实现数据显示的功能；

所述的结合了干扰估计器和鲁棒混合多目标滤波器的抗干扰鲁棒滤波算法的实现如下：

（1）首先把姿态敏感器中陀螺仪的漂移作为可建模干扰，建立如下表达形式的干扰模型：

w·(t)=W(t)w(t)+G3(t)δ(t)]]>

其中w(t)为可建模干扰模型的状态变量，W(t)表示可建模干扰模型的系统阵，δ(t)为能量有界的不可建模随机干扰，G₃(t)为不可建模随机干扰的增益阵；

（2）采用上述干扰表达形式后，设计干扰估计器对陀螺仪漂移进行估计，具体形式如下：