一种基于曲线坐标的无源探测非合作目标定轨方法与流程

技术特征：
1.一种基于曲线坐标的无源探测非合作目标定轨方法，其特征在于，包括主星的状态信息和从星相对于主星的测量角，还包括以下步骤：步骤1，建立柱面坐标系下的相对轨道运动动力学模型，并由动力学模型得到关于从星关于主星的初始相对状态的相对角度的真实值α和β，以及测量值z视线角测量模型；步骤2，根据所述相对轨道运动动力学方程对主星、从星间的相对轨道进行演化，得到用初始相对状态的柱面坐标来表示t时刻的状态转移矩阵；步骤3，引入微分进化算法设计寻优函数，找到最优初始状态，完成航天器仅测角初始相对轨道确定；步骤4，采用平方根容积卡尔曼滤波对确定后的初始相对轨道的状态进行实时估计，完成航天器仅测角相对导航。2.根据权利要求1所述的基于曲线坐标的无源探测非合作目标定轨方法，其特征在于，所述步骤1具体为：步骤1.1，将主星与从星的相对状态设为：，其中，，为从星相对于主星的柱面坐标，下标d代表从星， c代表主星，分别为关于时间的导数；步骤1.2，根据相对状态建立柱面坐标系下的相对动力学模型：（1）（2）（3）其中，分别为关于时间的二次导数，下标rel表示为从星相对于主星，μ为地球引力常数，下标c表示为主星， t为t时刻 ；步骤1.3，根据相对状态的几何关系建立视线角测量模型：
（4）（5）其中，α和β为主星、从星相对角度的真实值，z为测量值，ρ、θ为状态量，下标d为主星和从星在主星轨道平面上的投影的距离，下标rel为从星相对于主星，下标c为主星；步骤1.4，最终建立关于α、β测量方程模型：，，（6）其中， v
θ
、w
θ
为测量噪声。3. 根据权利要求2所述的基于曲线坐标的无源探测非合作目标定轨方法，其特征在于，所述步骤2中相对轨道状态的演化采用如下状态转移公式：x（t）=φ（t）x（0） （7）其中，x（t）为由t时刻的相对状态构成的六维列向量，φ（t）为柱面坐标系下相对运动动力学模型初始时刻到t时刻的状态转移矩阵，x（0）为初始相对状态。4.根据权利要求3所述的基于曲线坐标的无源探测非合作目标定轨方法，其特征在于，所述步骤3中，寻优函数设计如下：将步骤1.4的测量方程中的ρ
rel
、θ
rel
、z
rel
由、、代替，得到如下形式：（8）（9）将估计值x0和任意时刻t代入等式左侧，结果和0作比较以判断估计值x0的优劣，以找到满足测量方程和动力学方程的初始相对状态。5.根据权利要求4所述的基于曲线坐标的无源探测非合作目标定轨方法，其特征在于，找到初始相对状态的具体方法为：当具有n个时刻的观测量时，将n个时刻t1、t2、
…
、tn分别代入测量方程中，有：
（10）其中，l为每个方程的等式左侧构成的列矩阵，下标c表示主星，、、分别为对应状态量ρ、θ、z的状态转移矩阵，n表示第n个观测量，下标1、2
……
n分别表示第1、2
……
n个观测量；设优化函数f为f=l
t
l，取其中最小的f值，以其对应的x0作为最优解，完成相对定轨。6.根据权利要求4所述的基于曲线坐标的无源探测非合作目标定轨方法，其特征在于，步骤4中柱面坐标系下的相对状态是线性时变的，结合测量值进行容积卡尔曼滤波测量更新：（11）其中，表示后验估计，表示先验估计，w
k
为卡尔曼滤波增益，z
k
为测量值，为根据传播容积点对观测量的估计预测值。

技术总结
本发明公开了一种基于曲线坐标的无源探测非合作目标定轨方法，能够在不增加测量卫星平台，也不进行轨道机动辅助等高代价条件下，仅通过新算法的引入实现无源探测仅测角的非合作目标定轨。首先，在柱面坐标系下建立相对轨道运动动力学模型和无源探测仅测角模型，通过设计合适的非合作目标定轨性能指标模型并采用微分进化算法进行寻优获得最优的初始定轨解；然后，设计基于平方根容积卡尔曼滤波原理的非线性最优估计算法实现无源探测仅测角实时导航问题。实时导航问题。实时导航问题。


技术研发人员：龚柏春 张德港 李爽 廖文和 王子文
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/2/6