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多星对合作目标的分布式协同导航滤波算法

李兆铭 杨文革 丁丹 廖育荣

李兆铭, 杨文革, 丁丹, 等 . 多星对合作目标的分布式协同导航滤波算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(3): 462-469. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0150
引用本文: 李兆铭, 杨文革, 丁丹, 等 . 多星对合作目标的分布式协同导航滤波算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(3): 462-469. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0150
LI Zhaoming, YANG Wenge, DING Dan, et al. Distributed coordinated navigation filtering algorithm for cooperative target by multi-satellite[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(3): 462-469. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0150(in Chinese)
Citation: LI Zhaoming, YANG Wenge, DING Dan, et al. Distributed coordinated navigation filtering algorithm for cooperative target by multi-satellite[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(3): 462-469. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0150(in Chinese)

多星对合作目标的分布式协同导航滤波算法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0150
基金项目: 

国家“863”计划 2015AA7026085

详细信息
    作者简介:

    李兆铭  男, 博士研究生。主要研究方向:航天测控最优状态估计

    杨文革  男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:先进数字信号处理技术

    丁丹  男,博士,讲师。主要研究方向:先进数字信号处理技术

    廖育荣  男,硕士,教授。主要研究方向:军事航天技术

    通讯作者:

    杨文革. E-mail: wengeyang_3@163.com

  • 中图分类号: V249.3

Distributed coordinated navigation filtering algorithm for cooperative target by multi-satellite

Funds: 

National High-tech Research and Development Program of China 2015AA7026085

More Information
  • 摘要:

    针对多颗在轨卫星对空间合作目标的协同导航问题,提出了一种适用于协同导航的分布式球面单形-径向容积求积分卡尔曼滤波(DSSRCQKF)算法。为了计算非线性滤波中的高斯加权积分,分别使用球面单形准则和二阶高斯-拉盖尔求积分准则计算球面积分和径向积分,提出了一种新的球面单形-径向容积求积分准则。将该准则嵌入分布式卡尔曼滤波框架中,结合协同导航的非线性数学模型,给出适用于协同导航的DSSRCQKF算法,该算法要求每颗导航星仅与其邻居星进行通信,通过数据的分布式融合实现对目标星轨道状态的一致估计,从而避免了传统集中式处理中较高的通信和计算压力。仿真实验结果表明,与分布式卡尔曼滤波相比,本文算法将对合作目标的实时定位精度提高了11 m,定速精度提高了0.02 m/s,从而验证了本文算法的有效性。

     

  • 图 1  分布式协同导航示意图

    Figure 1.  Schematic of distributed coordinated navigation

    图 2  卫星地面实验模拟器

    Figure 2.  Satellite simulator for ground experiment

    图 3  4颗导航星间的通信拓扑结构

    Figure 3.  Communication topology structure among four navigation satellites

    图 4  导航星1对目标星的实时定轨RMSE

    Figure 4.  Real-time orbit determination RMSE of navigation Satellite 1 to target satellite

    图 5  导航星2对目标星的实时定轨RMSE

    Figure 5.  Real-time orbit determination RMSE of navigation Satellite 2 to target satellite

    图 6  导航星3对目标星的实时定轨RMSE

    Figure 6.  Real-time orbit determination RMSE of navigation Satellite 3 to target satellite

    图 7  导航星4对目标星的实时定轨RMSE

    Figure 7.  Real-time orbit determination RMSE of navigation Satellite 4 to target satellite

    表  1  卫星轨道六根数

    Table  1.   Six orbital elements of satellites

    卫星 半长轴/km 偏心率 轨道倾角/(°) 升交点赤经/(°) 近地点幅角/(°) 真近点角/(°)
    目标星 16378.1 0 27 35 30 10
    导航星1 15378.1 0 45 60 0 0
    导航星2 15378.1 0 10 60 15 20
    导航星3 15378.1 0 38 60 20 0
    导航星4 15378.1 0 70 60 30 0
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    表  2  协同导航平均定位RMSE

    Table  2.   Mean position RMSE of coordinated navigation

    导航星 平均定位RMSE/m
    DEKF DSSRCQKF
    导航星1 30.775 18.633
    导航星2 30.679 18.166
    导航星3 31.456 18.969
    导航星4 30.393 18.189
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    表  3  协同导航平均定速RMSE

    Table  3.   Mean velocity RMSE of coordinated navigation

    导航星 平均定速RMSE/(m·s-1)
    DEKF DSSRCQKF
    导航星1 1.726 1.708
    导航星2 1.727 1.709
    导航星3 1.727 1.709
    导航星4 1.725 1.706
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-14
  • 录用日期:  2017-06-16
  • 刊出日期:  2018-03-20

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