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一种基于虚拟星敏感器的卫星姿态确定方法
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作者 张志方 林瀚峥 李公军 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2024年第1期8-16,共9页
对于配置多个星敏感器的卫星,采用常规的定常增益卡尔曼滤波方法进行姿态确定时,存在滤波定常增益矩阵众多、系统复杂的问题,为了简化滤波系统设计,统一定常增益矩阵,提出一种基于虚拟星敏感器的姿态确定方法.给出一种计算量小、适合星... 对于配置多个星敏感器的卫星,采用常规的定常增益卡尔曼滤波方法进行姿态确定时,存在滤波定常增益矩阵众多、系统复杂的问题,为了简化滤波系统设计,统一定常增益矩阵,提出一种基于虚拟星敏感器的姿态确定方法.给出一种计算量小、适合星载计算机在轨实时计算的星敏感器时间滞后补偿及相对基准标定算法,将星敏感器的输出数据统一到当前星时,同时将星敏感器的测量基准统一.基于单星敏/双星敏的输出数据构造虚拟星敏感器(安装矩阵为单位阵)的输出数据,设计统一的定常增益矩阵进行姿态确定.仿真结果表明,本方法与常规的定常增益卡尔曼滤波方法姿态确定精度相当,从而验证该方法有效,且具有重要的工程应用价值. 展开更多
关键词 虚拟星敏感器 卡尔曼滤波 定常增益 姿态确定 统一基准
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基于太阳导行镜测量的高精度姿态确定算法
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作者 陈炳龙 王磊 +1 位作者 刘帮 周衡 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期245-253,共9页
先进天基太阳天文台卫星(advanced space-based solar observatory satellite,ASO-S)的主要任务是对日观测,对卫星姿态确定精度提出了较高的要求。为此,提出了一种新的姿态确定算法使用ASO-S科学载荷太阳导行镜(Sun guide telescope,SGT... 先进天基太阳天文台卫星(advanced space-based solar observatory satellite,ASO-S)的主要任务是对日观测,对卫星姿态确定精度提出了较高的要求。为此,提出了一种新的姿态确定算法使用ASO-S科学载荷太阳导行镜(Sun guide telescope,SGT)测量卫星指向与太阳中心的偏差角,以及对光纤陀螺(fiber optic gyro,FOG)和星敏感器(star trackor,STR)测量值进行姿态确定。将卫星本体系姿态四元数矢部和FOG常值零位漂移作为状态变量,STR和SGT观测值作为测量变量,设计扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF)。通过数学仿真验证本文所设计姿态确定算法的正确性与稳定性。最后,利用ASO-S在轨遥测数据进行验证,基于SGT测量的姿态确定算法可显著提高卫星非对日方向的姿态角估计精度,可优于0.2″(3σ)。 展开更多
关键词 对日观测 姿态确定 太阳导行镜 扩展卡尔曼滤波器
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基于MEKF的航天器姿态确定算法 被引量:3
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作者 张力军 张士峰 +1 位作者 杨华波 钱山 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期46-52,共7页
乘性扩展卡尔曼滤波(Multiplicative Extended Kalman Filter,MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种... 乘性扩展卡尔曼滤波(Multiplicative Extended Kalman Filter,MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种姿态确定方案。系统研究了姿态敏感器常用的矢量观测模型,四元数观测模型以及欧拉角观测模型,设计了更具有一般性的MEKF滤波器,为航天任务中快速应用MEKF姿态确定算法提供理论参考和技术支撑。 展开更多
关键词 航天器 姿态确定 乘性扩展卡尔曼滤波 无陀螺姿态确定系统 欧拉角观测模型
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基于MEMS传感器的微型姿态确定系统研究 被引量:25
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作者 薛亮 李天志 +1 位作者 李晓莹 常洪龙 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第3期457-460,共4页
针对捷联式姿态确定系统误差随时间积累的缺点,设计了一种由MEMS陀螺、加速度计及微磁强计组合的姿态确定系统。采用Allan方差方法分析了陀螺随机误差,通过建立姿态误差四元数微分方程和磁强计线性化测量方程,设计了姿态估计卡尔曼滤波... 针对捷联式姿态确定系统误差随时间积累的缺点,设计了一种由MEMS陀螺、加速度计及微磁强计组合的姿态确定系统。采用Allan方差方法分析了陀螺随机误差,通过建立姿态误差四元数微分方程和磁强计线性化测量方程,设计了姿态估计卡尔曼滤波器。系统采用实际测量值进行姿态解算,结果表明这种组合能够有效抑制传感器随机漂移引起的姿态误差,系统具有体积小、成本低、性能可靠等优点。 展开更多
关键词 姿态确定 ALLAN方差 卡尔曼滤波 随机漂移 磁强计
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卫星三轴姿态确定系统的光纤陀螺/星敏感器组合技术研究 被引量:17
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作者 张延顺 王海 +2 位作者 陈家斌 黄威 高亚楠 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2003年第2期1-4,共4页
为了满足卫星三轴姿态确定的精度要求,提出了基于状态估计法的星敏感器和光纤陀螺组合的方案,并设计了相应姿态确定算法。通过仿真证明:此方案能达到高精度卫星姿态确定系统的要求。
关键词 卫星 三轴姿态确定系统 光纤陀螺 状态估计法 星敏感器
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基于磁强计的微小卫星姿态确定 被引量:18
6
作者 张锐 朱振才 +1 位作者 张静 朱光沂 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期578-581,共4页
针对极轨微小卫星,提出了一种基于磁强计的改进EKF算法。通过对仅利用磁强计确定卫星姿态时的误差来源进行分析,并且对磁强计量测模型做出了改进,并进行了适当的简化。在不明显影响精度的情况下,使得计算量得到了显著降低,数学仿真表明... 针对极轨微小卫星,提出了一种基于磁强计的改进EKF算法。通过对仅利用磁强计确定卫星姿态时的误差来源进行分析,并且对磁强计量测模型做出了改进,并进行了适当的简化。在不明显影响精度的情况下,使得计算量得到了显著降低,数学仿真表明算法是收敛的、有效的。该算法具有极大的工程实用意义,对于EKF方法在低成本微小卫星的成功应用是一个有益的探索。 展开更多
关键词 微小卫星 磁强计 姿态确定 扩展卡尔曼滤波
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微小卫星姿态确定系统多信息融合滤波技术 被引量:8
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作者 郁丰 刘建业 +1 位作者 熊智 李丹 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期831-835,共5页
采用微小卫星姿态动力学,并针对太阳敏感器/磁强计/卫星导航系统(GPS)接收机多姿态信息融合的特点,提出一种基于融合反馈模式的改进联邦滤波姿态确定方法,各子滤波器只完成量测更新,由主滤波器完成时间更新与预测信息的分配.给出了由四... 采用微小卫星姿态动力学,并针对太阳敏感器/磁强计/卫星导航系统(GPS)接收机多姿态信息融合的特点,提出一种基于融合反馈模式的改进联邦滤波姿态确定方法,各子滤波器只完成量测更新,由主滤波器完成时间更新与预测信息的分配.给出了由四元数描述卫星姿态的误差状态方程和各子系统的量测方程,基于磁强计测量信息,对微小卫星的主要干扰源剩磁进行建模.仿真结果分析表明:基于剩磁建模的姿态动力学模型可有效提高姿态确定的精度;改进联邦滤波算法减少了系统的计算量,保证了可靠性. 展开更多
关键词 微小卫星 姿态确定 信息融合 联邦滤波 剩磁
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宽带移动卫星通信低成本组合姿态确定算法 被引量:10
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作者 沈晓卫 姚敏立 +1 位作者 李琳琳 常瑞花 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期64-68,共5页
针对现有低成本微机械惯性器件无法满足宽带移动卫星通信系统在机动状态下天线指向精度的问题,提出了微机械惯性测量单元与闭环跟踪信息相结合的姿态确定算法.该算法在航向上引入闭环跟踪的指向偏差角,经PI控制器反向校正航向陀螺的漂... 针对现有低成本微机械惯性器件无法满足宽带移动卫星通信系统在机动状态下天线指向精度的问题,提出了微机械惯性测量单元与闭环跟踪信息相结合的姿态确定算法.该算法在航向上引入闭环跟踪的指向偏差角,经PI控制器反向校正航向陀螺的漂移误差,并利用跟踪指向信息的低频分量和陀螺的高频分量估计航向角.在横滚和俯仰上,首先以改进欧拉角作为状态向量,根据陀螺角速率信息和加速度计的重力场信息分别建立状态方程和测量方程;然后依据航向角速率和俯仰角偏差对载体运动状态进行判别,并在载体机动下调整方差矩阵以依赖陀螺进行姿态估计,克服机动加速度的扰动.实验结果表明,该算法与自适应卡尔曼滤波器相比,在载体机动状态下精度更高,其航向估计精度在±0.8°,倾角在±0.5°内,满足动中通姿态稳定精度要求. 展开更多
关键词 卫星通信系统 姿态确定 传感器融合 改进欧拉角
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基于双星敏感器的船体姿态确定 被引量:6
9
作者 刘冰 朱伟康 +2 位作者 张同双 杨磊 郭敬明 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期569-575,共7页
由于单星敏感器横滚测量精度偏低会影响航向测量精度,本文针对测量船的实际使用环境,提出了基于视轴指向的双星敏感器船体姿态测量方法。介绍了单星敏感器船体姿态测量原理及其不足,分析了星敏感器滚动角测量误差对船体姿态测量精度的... 由于单星敏感器横滚测量精度偏低会影响航向测量精度,本文针对测量船的实际使用环境,提出了基于视轴指向的双星敏感器船体姿态测量方法。介绍了单星敏感器船体姿态测量原理及其不足,分析了星敏感器滚动角测量误差对船体姿态测量精度的影响。设计了双星敏感器船体姿态测量系统,建立了基于视轴指向测量的双星敏感器船体姿态测量模型。最后,对该算法模型进行了外场试验验证。试验结果表明,基于双星敏感器的船体姿态测量方法获得的航向、纵摇及横摇测量精度分别为6.9″、5.7″及4.5″,显著优于基于单星敏感器的船体姿态测量精度,避免了星敏感器横滚测量精度对航向测量结果的影响,为船用星敏感器的工程设计提供了参考依据。 展开更多
关键词 航天测量船 星敏感器 船体姿态 姿态确定 组合定姿
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MEMS-INS微型飞行器姿态确定系统的实现研究 被引量:10
10
作者 李荣冰 刘建业 +1 位作者 段方 牛新元 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期618-622,共5页
研究了微型飞行器姿态确定系统的样机实现.在对MEMS惯性器件性能分析和零偏温度建模的基础上,提出微型飞行器九位置非正交及安装误差标定方法,利用相关理论分析MEMS惯性传感器的噪声特性,建立适合工程应用的姿态组合算法,进行了转台测... 研究了微型飞行器姿态确定系统的样机实现.在对MEMS惯性器件性能分析和零偏温度建模的基础上,提出微型飞行器九位置非正交及安装误差标定方法,利用相关理论分析MEMS惯性传感器的噪声特性,建立适合工程应用的姿态组合算法,进行了转台测试和试飞试验.误差补偿后,陀螺和加速度计零偏稳定性分别达到0.036°/s2和0.01 m/s2,俯仰和横滚的误差均方差分别达到0.33°和0.28°.试验结果表明:器件和系统级的误差补偿起到了综合补偿的效果,姿态误差减小了约50%,基于MEMS-INS的姿态确定系统可满足微型飞行器自主姿态稳定的需求. 展开更多
关键词 微型飞行器 姿态确定 微型惯性导航系统 误差补偿
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使用太阳电池阵列的皮卫星姿态确定方法 被引量:12
11
作者 李东 李玉芳 +1 位作者 金仲和 王跃林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2004年第z1期87-92,共6页
卫星在轨飞行时,短时间内可以将日光看作方向不变的平行入射光源.以此入射光作为参考方向,利用皮卫星表面贴装的太阳电池阵列充当姿态敏感器,对其输出信号进行采样处理,解算了卫星姿态.文中给出与该方法有关的计算理论,并以实验测试数... 卫星在轨飞行时,短时间内可以将日光看作方向不变的平行入射光源.以此入射光作为参考方向,利用皮卫星表面贴装的太阳电池阵列充当姿态敏感器,对其输出信号进行采样处理,解算了卫星姿态.文中给出与该方法有关的计算理论,并以实验测试数据为依据,针对一种26面体构形的皮卫星电池阵列配置方案,定量分析了太阳参考矢量的解算精度(≤4°)、可解概率、以及最终定姿误差.此方法体现了当前微小卫星领域中"结构复用"的设计思想. 展开更多
关键词 皮卫星 姿态确定 太阳电池阵列 光生伏特效应 结构复用
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基于改进陀螺漂移模型的卫星姿态确定算法 被引量:8
12
作者 钱山 李鹏奎 +1 位作者 张士峰 蔡洪 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期585-590,共6页
三轴稳定卫星的有陀螺姿态确定系统需要对陀螺漂移误差进行建模。针对目前采用的白噪声驱动陀螺漂移模型会引起陀螺漂移估计误差曲线不光滑,进而导致姿态角估计误差和姿态角速度估计误差曲线不光滑的问题,提出两种改进的陀螺漂移误差模... 三轴稳定卫星的有陀螺姿态确定系统需要对陀螺漂移误差进行建模。针对目前采用的白噪声驱动陀螺漂移模型会引起陀螺漂移估计误差曲线不光滑,进而导致姿态角估计误差和姿态角速度估计误差曲线不光滑的问题,提出两种改进的陀螺漂移误差模型,并从理论上分析了该方法的正确性和实用性。仿真实验表明,改进后的陀螺漂移模型可以有效降低漂移估计误差的稳态误差,提高姿态角和姿态角速度的估计精度。 展开更多
关键词 三轴稳定卫星 姿态确定 陀螺漂移 扩展卡尔曼滤波
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基于强跟踪的平方根 UKF 的卫星姿态确定算法 被引量:6
13
作者 王松艳 李敏 +2 位作者 张迎春 祝宝龙 李化义 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期111-118,共8页
针对受不确定性干扰的影响卫星姿态确定系统,SRUKF存在跟踪能力弱、估计精度低和鲁棒性差等问题,本文根据强跟踪滤波(STF)原理,提出了一种改进的强跟踪平方根UKF算法。该方法中,采用基于等价变化的方法来计算自适应渐消因子,避免了Jacob... 针对受不确定性干扰的影响卫星姿态确定系统,SRUKF存在跟踪能力弱、估计精度低和鲁棒性差等问题,本文根据强跟踪滤波(STF)原理,提出了一种改进的强跟踪平方根UKF算法。该方法中,采用基于等价变化的方法来计算自适应渐消因子,避免了Jacobian矩阵的计算;引入两个多重自适应渐消因子矩阵,保证了协方差矩阵的对称性;利用改进的平方根分解方法,改善了滤波器的稳定性。实验仿真结果表明,相对于SRUKF和STF,本文提出的强跟踪平方根UKF具有更好的稳定性、鲁棒性和对突变状态的跟踪能力。 展开更多
关键词 四元数 QR分解 卫星姿态确定系统
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基于欧拉角观测模型的航天器姿态确定方法 被引量:7
14
作者 张力军 张士峰 +1 位作者 杨华波 钱山 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期84-88,共5页
针对基于乘性误差四元数的EKF姿态确定技术,系统研究了姿态敏感器常用的欧拉角观测模型,从两个方面证明了目前许多文献中所构造的欧拉角误差相对于误差四元数矢部的测量灵敏度矩阵存在缺陷,从理论上剖析了这一问题的成因,并推导了正确... 针对基于乘性误差四元数的EKF姿态确定技术,系统研究了姿态敏感器常用的欧拉角观测模型,从两个方面证明了目前许多文献中所构造的欧拉角误差相对于误差四元数矢部的测量灵敏度矩阵存在缺陷,从理论上剖析了这一问题的成因,并推导了正确的测量灵敏度矩阵形式,数值仿真进一步验证了本文的结论。 展开更多
关键词 航天器 姿态确定 欧拉角观测模型 乘性误差四元数
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基于自适应联邦滤波的卫星姿态确定 被引量:6
15
作者 李鹏 唐健 +1 位作者 段广仁 宋申民 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期67-71,共5页
卡尔曼滤波采用常值量测噪声协方差阵,当量测噪声统计特性发生变化时,易导致估计误差增大,甚至滤波发散。针对该问题,在联邦卡尔曼滤波子系统中采用自适应卡尔曼滤波,形成自适应联邦卡尔曼滤波算法,新算法采用模糊推理系统实时调整量测... 卡尔曼滤波采用常值量测噪声协方差阵,当量测噪声统计特性发生变化时,易导致估计误差增大,甚至滤波发散。针对该问题,在联邦卡尔曼滤波子系统中采用自适应卡尔曼滤波,形成自适应联邦卡尔曼滤波算法,新算法采用模糊推理系统实时调整量测噪声协方差阵的加权系数,使模型量测噪声逐渐逼近真实噪声水平。将该算法应用于多传感器卫星姿态确定系统,仿真结果验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 自适应卡尔曼滤波 联邦滤波 多传感器系统 姿态确定 卫星
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皮卫星姿态确定与控制系统的半实物仿真 被引量:7
16
作者 蒙涛 郁发新 +1 位作者 金仲和 韩柯 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期1156-1160,共5页
卫星姿态确定与控制系统(ADCS)半实物仿真是地面模拟卫星在轨运行情况的一种试验方法,用于检验系统方案以及性能指标。针对皮卫星的特点提出一种可行的姿态控制系统地面半实物仿真方案,利用MATLAB对卫星动力学、卫星运动学进行仿真建模... 卫星姿态确定与控制系统(ADCS)半实物仿真是地面模拟卫星在轨运行情况的一种试验方法,用于检验系统方案以及性能指标。针对皮卫星的特点提出一种可行的姿态控制系统地面半实物仿真方案,利用MATLAB对卫星动力学、卫星运动学进行仿真建模,并模拟输出卫星轨道环境姿态参考矢量(太阳和磁场)供卫星姿态敏感器采集。结合硬件系统完成对皮卫星姿态控制系统的方案验证。仿真试验结果表明设计的半实物仿真方法是有效可行的,解决了皮卫星地面仿真的困难。这种低成本、易实现的半实物仿真平台可广泛用于其它小卫星ADCS系统的检验。 展开更多
关键词 姿态确定与控制系统 皮卫星 半实物仿真
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微型三轴气浮台姿态确定系统设计 被引量:6
17
作者 陈茂胜 金光 +2 位作者 徐开 戴路 穆欣 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2102-2107,共6页
为建立现代小卫星的姿态确定仿真系统,在微型三轴气浮转台上设计了基于敏感元件组合"MEMS陀螺+倾角传感器"的姿态确定系统。首先,系统采用具有32位浮点运算能力的TMS320F28335为中心处理器,通过CAN总线实时采集低精度输出的M... 为建立现代小卫星的姿态确定仿真系统,在微型三轴气浮转台上设计了基于敏感元件组合"MEMS陀螺+倾角传感器"的姿态确定系统。首先,系统采用具有32位浮点运算能力的TMS320F28335为中心处理器,通过CAN总线实时采集低精度输出的MEMS陀螺仪角速度信息和较高精度输出的倾角传感器角度信息,然后用扩展卡尔曼滤波器实时处理角速度、角度信息,得到三轴气浮转台的姿态信息;最后通过数学仿真和物理仿真来验证三轴气浮转台姿态确定系统设计的合理性。实验结果表明,该系统能够滤除MEMS陀螺仪输出的漂移,提高转台角速度测量精度,其均方差由0.01516降低至0.005632;角度输出精度基本保持不变,其均方差约为0.001。这表明系统设计合理,能够提供较高精度的姿态信息,满足小卫星姿态确定系统仿真平台的要求。 展开更多
关键词 姿态确定 MEMS陀螺+倾角传感器 TMS320F28335 扩展卡尔曼滤波器
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基于Gauss-Newton和UKF结合的微小卫星姿态确定算法 被引量:9
18
作者 康国华 范凯 +1 位作者 周琼峰 梁尔涛 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期16-23,共8页
为提高微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度,文章基于磁强计/太阳敏感器/陀螺的姿态敏感器配置,设计了高斯牛顿(Gauss-Newton,GN)迭代算法和无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)有机结合的微小卫星姿态确定算法,先用Gauss-New... 为提高微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度,文章基于磁强计/太阳敏感器/陀螺的姿态敏感器配置,设计了高斯牛顿(Gauss-Newton,GN)迭代算法和无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)有机结合的微小卫星姿态确定算法,先用Gauss-Newton算法融合磁强计和太阳敏感器的数据,迭代计算最优四元数,然后以最优四元数联合陀螺数据作为观测量,以姿态四元数和惯性系下的角速度为状态量进行UKF,降低观测维数,并将观测方程转化为线性方程,显著减小计算量,同时克服了测量误差对姿态确定精度的影响。 展开更多
关键词 微小卫星 姿态确定 高斯牛顿迭代算法 无迹卡尔曼滤波
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UKF在基于修正罗德里格参数的飞行器姿态确定中的应用 被引量:11
19
作者 张红梅 邓正隆 高玉凯 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期164-167,共4页
UKF是一种新的非线性滤波方法,在状态的时间更新阶段直接使用非线性模型,不引入线性化误差,而且不必计算Jacobi矩阵,相对于扩展卡尔曼滤波(EKF)不仅能提高滤波精度,而且更容易实现。修正的罗德里格参数(MRPs)是一种飞行器姿态参数,相对... UKF是一种新的非线性滤波方法,在状态的时间更新阶段直接使用非线性模型,不引入线性化误差,而且不必计算Jacobi矩阵,相对于扩展卡尔曼滤波(EKF)不仅能提高滤波精度,而且更容易实现。修正的罗德里格参数(MRPs)是一种飞行器姿态参数,相对于四元数姿态参数,用MRPs表示飞行器的姿态时,状态误差方差不会产生奇异性,并且能在一定程度上减小估计的计算量。本文针对MRPs表示的无陀螺飞行器姿态系统,利用UKF设计了姿态估计器,并通过仿真验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 UKF 姿态确定 修正的罗德里格参数
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多敏感器卫星姿态确定的卡尔曼滤波器设计 被引量:6
20
作者 刘志俭 吴美平 胡小平 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期28-32,共5页
针对陀螺、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态确定系统 ,采用四元数方法建立卫星姿态确定模型 ,并采用卡尔曼滤波器进行信息融合。仿真算例结果表明 。
关键词 卫星姿态确定 卡尔曼滤波器 四元数 敏感器 设计
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