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    188宝金博页面版: 基于星敏感器四元数的卫星角速度预测滤波算法

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    内容提示： 上：教霢ERoSPACESH AN G H AI2005年第5期文章编号：1006—1630( 2005) 05—0014—05基于星敏感器四元数的卫星角速度预测滤波算法朱庆华，李英波( 上：教炜刂乒こ萄芯克，上海200233)摘要：为在无陀螺或陀螺故障时可用星敏感器估计姿态角速度，在扩展卡尔曼滤波( EKF) 和非线性预测滤波的基础上提出了基于四元数的卫星角速度估计算法，并给出了相应的模型。该算法对角速度建模精度的要求较低，无需卫星动力学方程，方法简单且易于实现。仿真结果表明，算法的精度较高。虽然仍受噪声和步长的影响，但相对基于EKF和最小模型误差的角速度估计算法，其性能改善较大。关键词：角...

    文档格式：PDF | 页数：5 | 浏览次数：40 | 上传日期：2015-07-09 00:21:23 | 文档星级：
    上：教霢ERoSPACESH AN G H AI2005年第5期文章编号：1006—1630( 2005) 05—0014—05基于星敏感器四元数的卫星角速度预测滤波算法朱庆华，李英波( 上：教炜刂乒こ萄芯克，上海200233)摘要：为在无陀螺或陀螺故障时可用星敏感器估计姿态角速度，在扩展卡尔曼滤波( EKF) 和非线性预测滤波的基础上提出了基于四元数的卫星角速度估计算法，并给出了相应的模型。该算法对角速度建模精度的要求较低，无需卫星动力学方程，方法简单且易于实现。仿真结果表明，算法的精度较高。虽然仍受噪声和步长的影响，但相对基于EKF和最小模型误差的角速度估计算法，其性能改善较大。关键词：角速度估计；四元数；扩展卡尔曼滤波；非线性预测滤波中图分类号：v448．21文献标识码：AStar-Sensor-Q uaterni on based Predi cti VeFi l teri ngfbr Atti tude Rat e Esti m atorZH UQ i ng—hua，LI Yi ng—bo( Shanghai Aerospace ContrD l Engi neeri ng Insti tute，Shanghai 200233，Chi na)Abstract：For esti m ati ng atti tude ratebystar senS0r w here nogyroor w hen gyro fai l ed，the quatem i on esti m ati ngal —go“ thmof angl erate forsatel l i te w asput f orw ard based on extended Kal m an fi l ter( EKF) and nonl i nearpredi cti vefi l ter—i ngi n thi s paper．Them odel w asgi ven．The al gori thmhad 10wrequi rem ent to them odel i ng accuracy of angl erate andnoneed of ki neti c equati onfor Satel l i te，w hi chw assi m pl e andeasyto i m pl em ent．Thesi m ul ati on resul ts show ed that theac—curacy of theal gori thmw as rather hi gh．Al thoughaffected by noi se andstep，i ts perfom l ancew asi m proved com pari ngtotheangl e esti m ati ng al gori thmof EKF and the l east m odelerror．Keyw ords：Atti tuderate esti m ator；Q uaterni on；ExtendedKal m an fi l ter；N onl i nearpredi cti vefi l terO引言由陀螺和星敏感器构成姿态测量单元，利用EKF算法可实现卫星的高精度姿态确定¨ J 。但对角速度精度要求不高的卫星或在陀螺发生故障时，有必要采用仅由星敏感器提供完整姿态信息( 姿态角及其角速度) 的算法。随着星敏感器数据更新频率的不断提高，根据其测得的精确角度信息估计卫星姿态角速度的优点已逐步显现。用角度敏感器估计角速度的最简方法是直接差分，但缩短采样时间会使量测噪声变大，这限制了差分法角速度估计的应用。文献[ 2] 提出了一种基于EKF的角速度估计算法，通过建立角速度模型构造收稿日期：2005一01．29；修回日期：2005一03一09作者简介：朱庆华( 1979一) ，男，硕士，主要从事卫星姿态测量技术研究；李英波( 1963一) ，男，研究员，主要研究方向为航天器制导、导航和控制。扩展卡尔曼滤波器估计姿态角速度，但对建模的要求降低了算法的实用性；文献[ 3] 提出了一种最小模型误差的角速度估计算法，其运算核心是非线性预测滤波，但需引入卫星的动力学方程，这增加了算法的复杂度。美国的SAM PEX卫星已成功使用了基于预测滤波的角速度估计算法，其本质为最小二乘【4J 。本文基于EKF和非线性预测滤波提出了一种四元数预测滤波算法。算法部分根据卫星角速度模型，通过求解构造的最优二次型完成角速度估计。1EKF角速度估计算法卫星稳态运行时，可认为卫星真实姿态四元数口能由量测四元数乘以描述小偏差的偏差四元数而得，即g=面。口。，(1)式中：q为地心惯性系转动到量测坐标系的真实姿 万方数据

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