箭載GPS實時定位濾波算法研究

趙樹強,許愛華,蘇 睿,王家松

(1.宇航動力學國家重點實驗室,陜西西安710043;2.中國西安衛星測控中心,陜西西安710043)

0 引 言

目前,運載火箭GPS實時定位多采用運動學方法,利用最小二乘法解算火箭的彈道參數,該方法模型簡單,無需了解動態接收機動力學模型,基本滿足數據處理精度要求,但存在彈道參數隨機差較大的缺陷。在箭載GPS動態定位中,動態接收機天線是一個遵循一定規律不斷變化的動態系統。在不同時刻對該系統的狀態進行觀測,各觀測量歷元間存在一定的相互關系[1],而最小二乘難以充分利用歷元間這些規律和相互關系進行數據處理。為消除高動態GPS定位數據中的隨機誤差,就必須應用最優估計方法將真實的狀態從各種隨機干擾中實時地估計出來。卡爾曼濾波是在線性無偏最小方差估計原理下,導出的一種遞推濾波方法。它引入了狀態空間的概念,借助系統的狀態轉移方程,根據前一時刻的狀態估計和當前時刻的觀測值,遞推估計新的狀態估值。因此,卡爾曼濾波更適合箭載GPS動態定位的數據處理。利用從GPS衛星信號獲得的具有噪聲誤差的離散觀測量序列,建立動態模型來描述箭載GPS接收機隨運載火箭的運動狀態,其中被估計信號是由白噪聲激勵引起的隨機響應,激勵源與響應之間的傳遞結構已知,量測量與被估計量之間的函數關系也已知。因此,在箭載GPS動態數據處理中可將卡爾曼濾波用于GPS數據的實時定位,能有效減小彈道參數的隨機誤差,提高定位精度。……