[发明专利]一种顾及虚拟观测值的卫星姿态融合估计方法

权利要求书

1.一种顾及虚拟观测值的卫星姿态融合估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取星敏感器和陀螺的观测值，并根据观测值构建状态方程和观测方程模型；

S2、根据状态方程和观测方程模型，采用UKF滤波融合方法递推某一历元时刻的滤波估计值，并将其作为虚拟观测值；

S3、根据观测值与虚拟观测值构建最小二乘平差模型；

S4、对最小二乘平差模型进行解算，得到观测值改正数与单位权方差的关系模型；

S5、根据观测值改正数与单位权方差的关系模型构建Helmert方差分量估计模型；

S6、判断Helmert方差分量估计模型是否存在负方差，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；

S7、对Helmert方差分量估计模型进行动态二次规划；

S8、判断各单位权方差是否都小于设定阈值，若是则输出卫星姿态融合估计结果，否则进入步骤S9；

S9、对最小二乘平差模型进行重定权，返回步骤S4；

所述步骤S3中构建的最小二乘平差模型为：

其中V_S表示星敏感器观测值改正数，H_S表示星敏感器观测值的系数阵，表示参数的改正数，L_S表示星敏感器观测值误差方程的常数项，V_G表示陀螺观测值改正数，H_G表示陀螺观测值的系数阵，L_G表示陀螺观测值误差方程的常数项，表示滤波估计值改正数，表示滤波估计值误差方程的常数项，P_S表示星敏感器观测值的权阵，P_G表示陀螺观测值的权阵，表示滤波估计值的权阵；

所述步骤S4包括以下分步骤：

S41、将最小二乘平差模型进行合并，得到：

V＝BX-L

其中表示观测值的改正数，表示参数的改正数，表示误差方程的常数项，B＝[H_S H_G I]表示参数的系数阵，I表示单位阵；

S42、求解最小二乘平差模型，得到：

X＝N^-1W

其中N表示法方程的系数矩阵，W表示法方程的常数项矩阵，N_i表示法方程中第i类观测值的系数矩阵，W_i表示法方程中第i类观测值的常数项矩阵，B_i表示第i类观测值参数的系数阵，P_i表示第i类观测值的权阵，L_i表示误差方程第i类观测值的常数项，i＝1,2,3；

S43、将求解结果代入最小二乘平差模型，得到观测值改正数与单位权方差的关系模型：

其中E(·)表示数学期望，V_i表示第i类观测值的改正数，表示第i类观测值的单位权方差，tr(·)表示矩阵的迹，n_i表示第i类观测值的个数。

2.根据权利要求1所述的卫星姿态融合估计方法，其特征在于，所述步骤S1中构建的状态方程和观测方程模型为：

其中x_k表示k时刻的卫星姿态角和姿态角速度，F(·)表示姿态动力学模型，ω_k-1表示k-1时刻的过程噪声，z_k表示k时刻的观测值，H(·)表示姿态观测模型，v_k表示k时刻的观测噪声。

3.根据权利要求2所述的卫星姿态融合估计方法，其特征在于，所述步骤S2中采用UKF滤波融合方法递推某一历元时刻的滤波估计值的公式为：

其中表示k时刻的状态量滤波估计值，表示k时刻的状态量一步预测值，K_k表示k时刻的增益矩阵，表示k时刻的观测量一步预测值，表示k时刻滤波估计值的误差协方差阵，表示k时刻状态量一步预测值的误差协方差阵，表示状态量一步预测的自协方差阵，上标T表示矩阵的转置。