基于自适应卡尔曼滤波的简化地磁定轨

郁 丰，华 冰，吴云华，康国华

（南京航空航天大学 航天学院，南京 210016）

基于自适应卡尔曼滤波的简化地磁定轨

郁 丰，华 冰，吴云华，康国华

（南京航空航天大学 航天学院，南京 210016）

地磁定轨对追求低成本、高功能密度比的微小卫星具有较重要的价值，但是目前地磁定轨尚存在计算量大、易受各类误差影响导致精度过低等不足。在分析轨道动力学方程误差量级的基础上，建立了简化的状态转移矩阵，根据地磁模型分析了地磁强度随着阶次变高，梯度显著变小的特点，提出了高阶截断的简化地磁测量方程；将复杂的磁强计测量误差近似建模成随机游走形式，用多项式对磁强计误差估计值进行实时拟合去噪，并辨识出磁强计误差的变化特征作为自适应卡尔曼滤波器的调节依据，提高了弱可观测地磁定轨的性能。数学仿真证明了简化地磁定轨模型的有效性，自适应滤波器能够更精确地实现定轨计算，定位精度约为6 km，测速精度约为4 m/s。

自主导航；地磁定轨；国际地磁参考场；自适应卡尔曼滤波器

随着航天技术的飞速发展，微小卫星自主定轨已经成为卫星轨道测量领域的发展方向。地磁导航是一种特别适合近地微小卫星的中低精度定轨方法[1]。由于近地轨道上有丰富的地磁场资源，并且地磁场可以采用高斯球谐函数来描述，磁场的强度与方向能表示为卫星位置的函数[2]，所以可用磁测的方法对卫星进行自主定轨。目前微小卫星普遍安装三轴磁强计作为星上的定姿敏感器，如果能够将磁强计复用作定轨传感器，能进一步满足微小卫星轻质量、小功耗、高可靠性和低成本的要求。……