非线性滤波技术研究及其在深空探测自主导航中的应用
发布时间：2021-01-06 15:26
随着国家火星探测任务的正式立项,中国的火星探测正在大踏步的向前迈进。火星距离地球0.5-4亿千米。如此远的距离意味着巨大的通信时延,导致探测器必须能够自主修正巡航过程中的各种误差才能完成这项艰巨的任务,而滤波算法在修正导航位置和速度的偏差中起关键作用。深空环境复杂多变,探测器的轨道动力学模型和导航系统量测模型必然都是非线性的,只能使用非线性滤波算法来处理以上模型。因此本文的研究重点是非线性滤波算法,尤其是粒子滤波（Particle Filter,PF）,目标是对粒子滤波进行改进。同时,本文的应用场景是火星探测巡航段,为了将非线性滤波算法应用于探测器巡航的过程中,必须先建立一个有效的探测器自主导航系统。下面是本文的几点主要工作。1、针对探测器巡航段的导航需求,分析各种导航方式的利弊,最终选定光学自主导航作为本文的自主导航方式。在仿真条件下,建立光学自主导航系统最重要的四个步骤是:建立系统的状态方程和量测方程、建立巡航段探测器标称轨道、选定导航路标并完成导航路标的规划、滤波算法。本文通过对轨道动力学及光学相机成像进行研究建立了导航系统的状态和量测方程;利用STK（Satellite Too...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种非线性滤波算法估计值与真实状态值（理想真值）
图 3-6 非线性滤波与真实状态值之间的偏差（N 200）图 3-6 可以看出，PF 拟合的效果最好，UKF 的稍差。不过，PF 在现野值。然 PF 也有它本身的固有缺点，相对于 EKF 与 UKF，PF 所需计算而易见的是，参与粒子滤波的粒子数越多，运算量越大。这其实也重采样方法参与的佐证。重采样的本意即是让有限的运算资源能权值粒子，以提高粒子滤波的效率。图 3-7 为三种非线性滤波算法间（单位：s），即运算量的对比。
图 3-6 非线性滤波与真实状态值之间的偏差（N 200）图 3-6 可以看出，PF 拟合的效果最好，UKF 的稍差。不过，PF 在现野值。然 PF 也有它本身的固有缺点，相对于 EKF 与 UKF，PF 所需计算而易见的是，参与粒子滤波的粒子数越多，运算量越大。这其实也重采样方法参与的佐证。重采样的本意即是让有限的运算资源能权值粒子，以提高粒子滤波的效率。图 3-7 为三种非线性滤波算法间（单位：s），即运算量的对比。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年深空探测热点回眸[J]. 范全林,王琴,白青江. 科技导报. 2019(01)
[2]高精度动态星模拟器的光学系统设计[J]. 赵梓朝,陈启梦,唐子博,王哲. 计量学报. 2018(05)
[3]未来的深空探测与空间环境模拟[J]. 焦维新. 航天器环境工程. 2018(02)
[4]世界典型火星探测发射轨道及窗口拓展分析（英文）[J]. 耿光有,王珏,宋强,张志国,王建明. 导弹与航天运载技术. 2018(01)
[5]火星探测巡航段天文自主导航方法研究[J]. 陈晓,尤伟,黄庆龙. 深空探测学报. 2016(03)
[6]基于组合导航系统的非线性高斯滤波算法[J]. 王硕,宋申民,于浛,史小平. 控制与决策. 2016(09)
[7]火星探测发展历程与未来展望[J]. 于登云,孙泽洲,孟林智,石东. 深空探测学报. 2016(02)
[8]火星探测巡航段与捕获段光学自主导航方案与关键技术[J]. 王密,郑兴辉,程宇峰,陈晓. 武汉大学学报(信息科学版). 2016(04)
[9]粒子滤波理论、方法及其在多目标跟踪中的应用[J]. 李天成,范红旗,孙树栋. 自动化学报. 2015(12)
[10]带不确定量测和未知虚警概率的粒子滤波器[J]. 黄玉龙,张勇刚,李宁,赵琳. 控制理论与应用. 2015(08)
博士论文
[1]深空自主导航方法研究及在小天体探测中的应用[D]. 常晓华.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]量子Bayes理论研究综述及其应用[D]. 汪冬惠.哈尔滨工业大学 2018
[2]粒子滤波算法研究与实现[D]. 魏国华.电子科技大学 2015
[3]深空探测光学自主导航研究[D]. 崔文.清华大学 2012
[4]粒子滤波重采样算法研究及其应用[D]. 吴宝成.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：2960816
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种非线性滤波算法估计值与真实状态值（理想真值）
图 3-6 非线性滤波与真实状态值之间的偏差（N 200）图 3-6 可以看出，PF 拟合的效果最好，UKF 的稍差。不过，PF 在现野值。然 PF 也有它本身的固有缺点，相对于 EKF 与 UKF，PF 所需计算而易见的是，参与粒子滤波的粒子数越多，运算量越大。这其实也重采样方法参与的佐证。重采样的本意即是让有限的运算资源能权值粒子，以提高粒子滤波的效率。图 3-7 为三种非线性滤波算法间（单位：s），即运算量的对比。
图 3-6 非线性滤波与真实状态值之间的偏差（N 200）图 3-6 可以看出，PF 拟合的效果最好，UKF 的稍差。不过，PF 在现野值。然 PF 也有它本身的固有缺点，相对于 EKF 与 UKF，PF 所需计算而易见的是，参与粒子滤波的粒子数越多，运算量越大。这其实也重采样方法参与的佐证。重采样的本意即是让有限的运算资源能权值粒子，以提高粒子滤波的效率。图 3-7 为三种非线性滤波算法间（单位：s），即运算量的对比。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年深空探测热点回眸[J]. 范全林,王琴,白青江. 科技导报. 2019(01)
[2]高精度动态星模拟器的光学系统设计[J]. 赵梓朝,陈启梦,唐子博,王哲. 计量学报. 2018(05)
[3]未来的深空探测与空间环境模拟[J]. 焦维新. 航天器环境工程. 2018(02)
[4]世界典型火星探测发射轨道及窗口拓展分析（英文）[J]. 耿光有,王珏,宋强,张志国,王建明. 导弹与航天运载技术. 2018(01)
[5]火星探测巡航段天文自主导航方法研究[J]. 陈晓,尤伟,黄庆龙. 深空探测学报. 2016(03)
[6]基于组合导航系统的非线性高斯滤波算法[J]. 王硕,宋申民,于浛,史小平. 控制与决策. 2016(09)
[7]火星探测发展历程与未来展望[J]. 于登云,孙泽洲,孟林智,石东. 深空探测学报. 2016(02)
[8]火星探测巡航段与捕获段光学自主导航方案与关键技术[J]. 王密,郑兴辉,程宇峰,陈晓. 武汉大学学报(信息科学版). 2016(04)
[9]粒子滤波理论、方法及其在多目标跟踪中的应用[J]. 李天成,范红旗,孙树栋. 自动化学报. 2015(12)
[10]带不确定量测和未知虚警概率的粒子滤波器[J]. 黄玉龙,张勇刚,李宁,赵琳. 控制理论与应用. 2015(08)
博士论文
[1]深空自主导航方法研究及在小天体探测中的应用[D]. 常晓华.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]量子Bayes理论研究综述及其应用[D]. 汪冬惠.哈尔滨工业大学 2018
[2]粒子滤波算法研究与实现[D]. 魏国华.电子科技大学 2015
[3]深空探测光学自主导航研究[D]. 崔文.清华大学 2012
[4]粒子滤波重采样算法研究及其应用[D]. 吴宝成.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：2960816
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2960816.html
