一种大型航天器返回轨迹数据校正方法及装置与流程

本发明涉及航空测控，更具体地说，涉及一种大型航天器返回轨迹数据校正方法及装置。

背景技术：

1、在航天器返回工程中，外轨迹测量参数主要用于航天器自主返回控制、地面站引导计算、测控中心落点预示等任务。航天器返回实测轨迹是评价轨控控制能力、落点预报模型精度的核心依据，可为航天器气动外形、返回控制算法、伞降模型迭代优化提供量化数据支撑。工程上一般联合星载gnss与地面无线电测控站协同测量轨迹，但两类设备测量机理、测量精度、坐标基准差异显著，原始观测数据包含测距、角度等多项系统误差，且分属不同坐标系，必须完成误差修正与空间基准统一才能融合处理。

2、现有多源数据仅简单加权拼接，未依据设备先验精度动态分配权重；野值剔除采用固定阈值单次处理，易误删有效点或残留异常值；缺失段仅依靠线性插值补全，无动力学约束，插值结果偏离真实运动规律。

3、综上所述，现有轨迹处理方法无法兼顾多源测量数据精度差异与航天器真实动力学约束，难以生成连续平滑、高可信度的完整返回轨迹，无法支撑大型航天器返回性能精准评估与型号优化迭代。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种大型航天器返回轨迹数据校正方法及装置，用于解决现有轨迹处理方法，无法兼顾多源测量数据精度差异与航天器真实动力学约束，难以生成连续平滑、高可信度的完整返回轨迹的问题。

2、为实现上述目的，现提出方案如下：

3、一种大型航天器返回轨迹数据校正方法，包括：

4、对各测量设备的测量数据进行空间对准和误差修正；

5、融合各类测量数据与航天器返回动力学外推数据，构建实测返回轨迹曲线；

6、基于正交多项式对实测返回轨迹曲线进行滑动窗口式优化建模；其中，多项式系数通过最小二乘求解；

7、在滑动窗口迭代过程中，利用中位数绝对偏差原则剔除野值，并更新数据权重和剔除门限，以对实测返回轨迹曲线进行下一次滑动窗口式最小二乘拟合和剔除野值，直至完成设定迭代次数；

8、采用正交多项式插值补齐实测返回轨迹曲线的剩余缺失轨迹点，输出完整返回轨迹曲线。

9、优选地，对各测量设备的测量数据进行空间对准和误差修正的过程，包括：

10、对地面测控站的测距、方位角、俯仰角进行误差修正；

11、基于地面测控站测量数据将航天器由测站坐标转换为地固坐标系，并将航天器地固系的位置速度转换为高度和速度。

12、优选地，基于地面测控站测量数据将航天器由测站坐标系转换为地固坐标系的过程，包括：

13、将地面测控站在测站坐标系下的测量数据转化成测站坐标系下的位置：

14、

15、其中，

r,

a,

e分别为测站坐标系下的测距、方位角和俯仰角，,,为航天器

tm时刻在测站坐标系下的位置；

16、结合测量设备在地固系的站址，将航天器位置从测站坐标系转换为地固坐标系：

17、

18、其中，(

x,

y,

z)为航天器位置地固系坐标，为测量设备在地固系的站址坐标，为测站坐标系到地固坐标系的转换矩阵。

19、优选地，融合各类测量数据与航天器返回动力学外推数据，构建实测返回轨迹曲线的过程，包括：

20、将 gnss数据、多地面站测量数据按时间排序，生成原始实测轨迹；

21、判断相邻两帧数据时间差是否超过预设时间阈值；

22、若超过，则选取断档前一帧的gnss数据作为初值，以预设步长进行航天器返回动力学积分外推至断档帧；

23、将动力学外推结果转换为高度、速度参数。

24、优选地，基于正交多项式对实测返回轨迹曲线进行滑动窗口式优化建模的过程，包括：

25、若

m<

k+1，则基于第一时间序列

t1,...,

tm,...,

t2k+1对当期拟合时刻

tm对应的轨迹数据进行多项式建模，其中，

k为半个周期的数据量，滑动窗口中参与拟合的数据量2

k+1；

26、若

k+1≤

m≤

n-

k，则基于第二时间序列...,,...,对当期拟合时刻

tm对应的轨迹数据进行多项式建模；

27、若

m>

n-

k，则基于第三时间序列

tn-2k,...,

tm,...,

tn对当期拟合时刻

tm对应的轨迹数据进行多项式建模；

28、采用最小二乘求解多项式系数，得到速度拟合参数和高度拟合参数。

29、优选地，利用中位数绝对偏差原则剔除野值，更新数据权重和剔除门限，完成迭代的过程，包括：

30、计算每帧实测数据与多项式拟合值的偏差；

31、若当前帧的偏差超出预设门限值，将当前帧数据作为野值并进行剔除；

32、采用tukey 双权损失函数更新各类测量数据权重；

33、计算实际剔除比例与目标剔除比例偏差，通过pi 比例-积分控制器实时更新剔除门限；

34、当迭代次数小于最大迭代次数时，遍历剔除野值后的实测轨迹曲线，判断相邻两帧数据时间差是否超过预设时间阈值；

35、若超过，则选取断档前一帧的轨迹数据作为初值，以预设步长进行航天器返回动力学积分外推至断档帧，直至迭代至设定最大次数。

36、优选地，采用正交多项式插值补齐实测返回轨迹曲线的剩余缺失轨迹点的过程，包括：

37、基于无野值实测返回轨迹曲线构建正交多项式拟合模型；

38、若相邻轨迹点时间间隔超出插值步长时，在两点间均匀插入插值点；

39、最小二乘正交多项式计算各插值点对应的高度和速度，生成完整返回轨迹曲线并输出。

40、一种大型航天器返回轨迹数据校正装置，实现前述大型航天器返回轨迹数据校正方法，装置包括：

41、数据处理模块，对各测量设备的测量数据进行空间对准和误差修正；

42、轨迹构建模块，融合各类测量数据与航天器返回动力学外推数据，构建实测返回轨迹曲线；

43、轨迹拟合模块，基于正交多项式对实测返回轨迹曲线进行滑动窗口式优化建模；其中，多项式系数通过最小二乘求解；

44、野值剔除模块，在滑动窗口迭代过程中，利用中位数绝对偏差原则剔除野值，并更新数据权重和剔除门限，以对实测返回轨迹曲线进行下一次滑动窗口式最小二乘拟合和剔除野值，直至完成设定迭代次数；

45、轨迹插值模块，采用正交多项式插值补齐实测返回轨迹曲线的剩余缺失轨迹点，输出完整返回轨迹曲线。

46、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

47、本发明提供的大型航天器返回轨迹数据校正方法，基于正交多项式对实测返回轨迹曲线进行滑动窗口式优化建模，通过滑动窗口正交多项式最小二乘建模，相比全局拟合可保留轨迹局部变化特征，平滑效果更贴合返回动力学规律。依托中位数绝对偏差原则多轮迭代剔除野值，反复拟合判别，大幅降低野值残留与有效数据误删概率，轨迹曲线无剧烈抖动。最后通过正交多项式插值细化补齐剩余缺失点位，输出时序均匀、连续光滑的完整轨迹。