基于可观测度分析的稳定姿态滤波器

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1、第31卷第1期2010年1月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．1Jan．2010文章编号：1000一6893(2010)01—0165一07基于可观测度分析的稳定姿态滤波器苗育红1’2，周江华s(1．第二炮兵工程学院603教研室，陕西西安710025)(2．清华大学自动化系，北京100084)(3．中国科学院光电研究院，北京100190)StableExtendedKalmanFilterforAttitudeDeterminationBasedonObs

2、ervabilityAnalysisMiaoYuhon91”．ZhouJianghua3(1．Department603，SecondArtilleryEngineeringCollege，Xi’an710025，China)(2．DepartmentofAutomation，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)(3．InstituteofOpticsandElectronics，ChineseAcademyofSiences，Beijing100190，China)摘要：提

3、出一种适用于惯性／天文组合航天飞行器的稳定姿态滤波器，可以在不降低系统可观测度的前提下解决滤波计算中的奇异问题。对于奇异问题的传统解决方案是删除观测方程的一行，通过对比删除前后系统可观测度的变化，证明此解决方案会导致系统可观测度下降，并指出如何选择最优删除方案以使系统可观测度下降最小。根据对传统解决方案的分析结果，提出了不降低系统可观测度的投影算法。理论分析和仿真试验证明，应用了投影算法的姿态滤波器更为稳定，估计效率更高。关键词：姿态估计；天文导航；卡尔曼滤波；可观测度；系统稳定性中图分类号：V249．32+8文献标

4、识码：AAbstract：ThisarticlepresentsastableextendedKalmanfilteralgorithmforspacecraftattitudedeterminationbymeansofangularrateandvectorobservation．Thefilterusingtheproposedalgorithmcansolvethesingu—larityinthefilteringcomputationwithoutanylossofsystemobservabilityd

5、egree．Thetraditionalsingularity-solvingmethodistodeletealinefromthemeasurementequation．Bycomparingthesystemobservabilityde-greeafterandbeforethelinedeleting，itisprovedthatthetraditionalmethodtendstodecreasethesystemob—servabilitydegree．Thisarticlealsoproposesam

6、ethodtochoosetheoptimaldeletinglinetOreducetheobser-vabilitydegreelosstOaminimum．Theproposedprojectionalgorithmgivesageneralsolutiontothesingularityproblemwithoutobservabilitydegreeloss．Theoreticalanalysisandnumericalsimulationshowthatanattitudefilterusingthepr

7、ojectionalgorithmprovidesmorestableperformanceandhigherestimationefficiencythanoneusingthetraditionalmethod．Keywords：attitudeestimation；celestialnavigation；Kalmanfiltering；observabilitydegree；systemstability随着航天飞行器高精度和高可靠性的发展趋势要求，多种方式组合确定飞行器姿态成为目前的发展方向，其中惯性／天文组

8、合姿态确定的应用最为广泛，其工作方式为由惯性仪表获得角速率信息，由天文观测仪器获得参考矢量的方向。常见的天文观测仪器有星敏感器、太阳敏感器、红外地平仪、磁强计等。这些敏感器件测量的矢量虽然物理意义不同，但参考矢量都是在星体坐标系下的方向测量值，数学上具有相同的描述，因而在理论分析时所有惯性／天文组合方式可视为一类收稿日期：2008—1卜28；修