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专利号: 2022112740730
申请人: 闽江学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种卫星平台多星敏感器姿态自适应融合方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、根据卫星平台多台星敏感器的姿态观测信息,获取各星敏感器坐标信息在惯性系和本体系下的矢量坐标;

S2、根据各星敏感器矢量坐标在惯性系和本体系的转换关系,构建星敏观测方程;

S3、根据星敏观测方程构建最小二乘平差模型;

S4、求解最小二乘平差模型,得到观测值改正数与单位权方差的关系模型;

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,若是则输出多星敏感器姿态融合结果,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。

2.根据权利要求1所述的卫星平台多星敏感器姿态自适应融合方法,其特征在于,所述步骤S2中构建的星敏观测方程为:其中VaICS表示第a台星敏感器在惯性系下的矢量坐标,VaBody表示第a台星敏感器在本体系下的矢量坐标,v3×1表示星敏感器观测轴的观测误差, 表示本体系到惯性系的旋转矩阵, 表示姿态四元素的标量部分, 和 表示姿态四元素的矢量部分,a=1,2,...,n0。

3.根据权利要求2所述的卫星平台多星敏感器姿态自适应融合方法,其特征在于,所述步骤S3包括以下分步骤:S31、将星敏观测方程进行泰勒级数展开至一次项,得到:其中Q0=[q00 q01 q02 q03]表示待求姿态四元素的初值,q0表示待求姿态四元素的标量部分,q1、q2和q3表示待求姿态四元素的矢量部分,dq0表示待求姿态四元素标量部分的改正值,dq1、dq2和dq3表示待求姿态四元素矢量部分的改正值;

S32、将步骤S31中展开的公式改写为矩阵形式,得到最小二乘平差模型:V=BX‑L

T

其中V=[va1 va2 va3]表示观测值的改正数,va1表示第a个星敏感器的x轴观测值,va2表示第a个星敏感器的y轴观测值,va3表示第a个星敏感器的z轴观测值,表示误差方程的常数项, 表示待求姿态四元素

T

改正值的系数阵,X=[dq0 dq1 dq2 dq3]表示待求姿态四元素改正值的矩阵。

4.根据权利要求3所述的卫星平台多星敏感器姿态自适应融合方法,其特征在于,所述步骤S4包括以下分步骤:S41、求解最小二乘平差模型,得到:

‑1

X=N M

其中N表示法方程的系数矩阵,M表示法方程的常数项矩阵,Ni表示法方程中第i类观测值的系数矩阵,Mi表示法方程中第i类观测值的常数项矩阵,Bi表示第i类观测值参数的系数阵,Pi表示第i类观测值的权阵,Li表示误差方程第i类观测值的常数项;

S42、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,Vi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,ni表示第i类观测值的个数。

5.根据权利要求4所述的卫星平台多星敏感器姿态自适应融合方法,其特征在于,所述步骤S5中构建的Helmert方差分量估计模型为:其中S表示各类观测值的估计方差系数阵,Sii表示S的对角线部分,Sij表示S的非对角线部分,j=1,2,...,n,表示待估计参数,W表示各类观测值改正数的平方和, 表示第i类观测值的单位权方差估计值。

6.根据权利要求5所述的卫星平台多星敏感器姿态自适应融合方法,其特征在于,所述步骤S7包括以下分步骤:S71、引入不等式约束平差模型:

S72、根据最小二乘平差原理,将不等式约束平差模型转化为动态二次规划模型:其中λ表示拉格朗日乘数, 表示由二阶导构成的Hessian矩阵,c=δ‑T ‑1 T(SS) SW表示是由梯度构成的Jacobi矩阵,δ表示约束条件的约束矩阵,λi表示拉格朗日乘数中的第i类元素;

S73、通过Kuhn‑Tucker条件对动态二次规划模型进行约束:S74、根据最小二乘估计方法求解得:

其中 表示拉格朗日乘数的最优解。

7.根据权利要求6所述的卫星平台多星敏感器姿态自适应融合方法,其特征在于,所述步骤S8中输出多星敏感器姿态融合结果为:其中 表示待求姿态四元素的平差值,即多星敏感器姿态融合结果,X0表示待求姿态四元素的近似值,X表示待求姿态四元素改正值的矩阵。

8.根据权利要求7所述的卫星平台多星敏感器姿态自适应融合方法,其特征在于,所述步骤S9中对最小二乘平差模型进行重定权的公式为:k

其中Pi表示第k次迭代时第i类观测值的权阵,C为常数。