適応型無跡カルマンフィルタを用いた衛星姿勢決定

XIAO Lei ,  

WANG Shao-ju ,  

CHANG Lin ,  

ZHOU Mei-li ,  

摘要

既存のアルゴリズムにおける衛星姿勢決定のモデルパラメータ推定が不正確であり、外部干渉下でシステムの安定性が低く追跡精度が不足している問題に対し、衛星の三軸姿勢を推定する適応型無跡カルマンフィルタ(UKF)アルゴリズムを提案する。まず、ジャイロとスターセンサーの組み合わせによる姿勢決定の動作原理を分析し、誤差四元数を状態変数とする衛星姿勢運動学方程式を導出した。フィルタリング過程において、本アルゴリズムは適応行列を導入し、計測雑音の共分散行列を調整し、フィルタ発散判別基準に基づきシステム雑音共分散行列を適応的に修正して、フィルタリング過程での発散の可能性を抑制し、良好な適応性能を得た。実験結果は、パラメータ推定が不正確な場合において、適応無跡カルマンフィルタがロバスト適応UKFアルゴリズムと比較して、三軸推定精度の二乗平均平方根誤差(RMSE)をそれぞれ30.0%、34.1%、22.4%向上させたことを示した。本アルゴリズムは基本的に衛星姿勢決定の高精度および高いロバスト性の要件を満たしている。

关键词

衛星姿勢決定;適応フィルタリング;誤差四元数;ロバスト性

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