【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于深空探测器天文自主导航，具体涉及一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法。
技术介绍
1、深空探测指人类对地外天体或宇宙环境展开的探测活动，已成为当前航天领域的发展重点之一。随着航天科技的迅速发展，深空探测对高精度的实时导航有着迫切需求。传统依靠地面测控的导航方式存在通信时延长、覆盖范围有限等缺陷，难以支持深空探测器复杂任务的执行。天文导航利用传感器测量天体的导航信息，可以实现探测器自身状态估计，具有全自主、抗干扰能力强的优势，已成为目前的研究热点。
2、常见的天文导航为sfns/xnav组合导航系统，该组合导航系统通常采用联邦滤波算法(federated kalman filtering,fkf)进行多源信息处理。然而，fkf采用方差上界技术导致全局状态估计结果不是最优的，使得fkf成为一种次优滤波器，进而导致组合导航系统中数据融合的精度降低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，以提升组合导航系统中数据融合的精度。
2、本专利技术采用以下技术方案：一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，包括以下步骤：
3、获取光谱频移导航子系统对探测器的第一状态估计量；获取脉冲星导航子系统对探测器的第二状态估计量；
4、基于光谱频移导航子系统的第一协方差矩阵、脉冲星导航子系统的第二协方差矩阵和光谱频移导航子系统与脉冲星导航子系统之间的互协方差矩阵为第一状态
5、根据第一状态估计量及其权重、以及第二状态估计量及其权重计算出组合导航系统对探测器的全局最优状态估计量。
6、进一步地，互协方差矩阵为：
7、
8、其中，为k时刻的互协方差矩阵，为第一协方差矩阵，为光谱频移导航子系统中k时刻的状态一步预测协方差矩阵，为光谱频移导航子系统k时刻的雅可比矩阵，为k-1时刻的互协方差矩阵，为脉冲星导航子系统k时刻的雅可比矩阵，qk-1为光谱频移导航子系统中k-1时刻过程噪声的协方差矩阵，为第二协方差矩阵，为脉冲星导航子系统中k时刻的状态一步预测协方差矩阵。
9、进一步地，基于光谱频移导航子系统的第一协方差矩阵、脉冲星导航子系统的第二协方差矩阵和光谱频移导航子系统与脉冲星导航子系统之间的互协方差矩阵为第一状态估计量/第二状态估计量赋予权重包括：
10、
11、
12、其中，为k时刻为第一状态估计量赋予的第一权重，为k时刻的互协方差矩阵，为的转置矩阵，为k时刻为第二状态估计量赋予的第二权重。
13、进一步地，根据第一状态估计量及其权重、以及第二状态估计量及其权重计算出组合导航系统对探测器的全局最优状态估计量包括：
14、
15、其中，为全局最优状态估计量，为k时刻的第一状态估计量，为k时刻的第二状态估计量；
16、将第一权重和第二权重带入后可得：
17、
18、进一步地，光谱频移导航子系统中进行状态估计包括：
19、基于huber代价函数对光谱频移导航子系统中的量测量进行重构。
20、进一步地，重构后的量测量为：
21、
22、其中，为k时刻重构后的量测量，为k时刻重构前的量测量，为k时刻的量测一步预测值，ψk为重加权函数，ψk＝diag[ψ(ζk,i)]，ρ′(ζk,i)表示对ρ(ζk,i)进行求导，ζk,i为光谱频移导航子系统中k时刻转换新息ζk的第i维向量，表示光谱频移导航子系统中k时刻量测噪声的协方差矩阵，γ为调节因子。
23、进一步地，脉冲星导航子系统中进行状态估计包括：
24、将方向误差和星载时钟误差加入到第二状态估计量中进行状态估计。
25、进一步地，将方向误差和星载时钟误差加入到第二状态估计量中进行状态估计时状态方程的雅克比矩阵为：
26、
27、其中，为k时刻脉冲星导航子系统中状态方程的雅克比矩阵，i10×10是10×10的单位矩阵，t为系统采样时间间隔，i3×3是3×3的单位矩阵，f3×3是根据计算出的3×3矩阵，r和v分别为探测器在惯性系下的三轴位置和速度，03×3是3×3的零矩阵，为所述脉冲星导航子系统的扩维状态变量，为k-1时刻所述脉冲星导航子系统的状态估计量。
28、进一步地，将方向误差和星载时钟误差加入到第二状态估计量中进行状态估计时量测方程的雅克比矩阵为：
29、
30、其中，为k时刻脉冲星导航子系统中量测方程的雅克比矩阵，表示探测器关于第i颗脉冲星的导航量测值，13×1为3×1的全为1行向量。
31、本专利技术的另一种技术方案：一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法。
32、本专利技术的有益效果是：本专利技术根据光谱频移导航子系统和脉冲星导航子系统之间的相关性计算互协方差矩阵，再基于最小方差准则的设计不同子系统状态估计量的权重以获得全局最优状态估计量，可以抑制fkf融合算法采用方差上界技术对多源数据融合精度的影响，从而提升全局状态估计量的精度。
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1.一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，所述互协方差矩阵为：
3.如权利要求2所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，基于光谱频移导航子系统的第一协方差矩阵、脉冲星导航子系统的第二协方差矩阵和光谱频移导航子系统与脉冲星导航子系统之间的互协方差矩阵为第一状态估计量/第二状态估计量赋予权重包括：
4.如权利要求3所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，根据所述第一状态估计量及其权重、以及所述第二状态估计量及其权重计算出组合导航系统对探测器的全局最优状态估计量包括：
5.如权利要求2-4任一项所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，所述光谱频移导航子系统中进行状态估计包括：
6.如权利要求5所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，重构后的量测量为：
7.如权利要求2-4
8.如权利要求8所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，将方向误差和星载时钟误差加入到第二状态估计量中进行状态估计时状态方程的雅克比矩阵为：
9.如权利要求8所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，将方向误差和星载时钟误差加入到第二状态估计量中进行状态估计时量测方程的雅克比矩阵为：
10.一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-9任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，所述互协方差矩阵为：
3.如权利要求2所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，基于光谱频移导航子系统的第一协方差矩阵、脉冲星导航子系统的第二协方差矩阵和光谱频移导航子系统与脉冲星导航子系统之间的互协方差矩阵为第一状态估计量/第二状态估计量赋予权重包括：
4.如权利要求3所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，根据所述第一状态估计量及其权重、以及所述第二状态估计量及其权重计算出组合导航系统对探测器的全局最优状态估计量包括：
5.如权利要求2-4任一项所述的一种光谱频移/脉冲星组合导航混合式鲁棒信息融合方法，其特征在于，所述光谱频移导航子系统中进行状态估计包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：胡高歌，张倩，高兵兵，常路宾，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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