基于新息趋势的纳卫星地磁定轨*

陈贵芳 郁 丰 王 润

1.“空间光电探测与感知”工信部重点实验室，南京 210016 2.南京航空航天大学航天学院，南京 210016

0 引言

作为一种自主的、无长期积累误差且具有较强抗干扰能力的导航技术[1]，地磁定轨技术适合对仪器复用率高的纳卫星使用。

当前，地磁定轨多使用批处理算法和卡尔曼滤波算法进行数据融合。前者经多年发展，已有基于无迹变换的批处理算法(unscented batch filter, UBF)提出并应用于地磁定轨中[2]。但批处理算法的数据需提前采集，不适合卫星的实时定位。后者包含扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter，EKF)和无迹卡尔曼滤波器(unscented Kalman filter，UKF)。EKF引入泰勒近似实现了对非线性系统的状态估计。但地磁模型复杂，求导困难。文献[3-4]建立了多项式拟合的地磁模型，文献[5]则在计算观测矩阵时采用低阶地磁模型，均减小了系统的计算复杂度，但对定位精度提升不多。由于没有忽略高阶项，UKF的精度通常高于EKF。通过引入地平仪[6]，太阳敏感器[7-8]等传感器，基于UKF的地磁定轨系统的定位精度可达到千米级。此外，上述传感器也是常用的姿态敏感器，文献[9-10]利用卫星的位置信息估计在惯性系下的地磁矢量信息和地心矢量(或太阳方向矢量)信息，再结合卫星的姿态信息将其转换到卫星本体坐标系下，和传感器的输出值进行比较，实现了卫星的位置和姿态一体化估计。文献[11-12]研究了地磁场幅值和卫星轨道根数在频域上的关系，据此实现了卫星半长轴的高精度估计。文献[13]在此基础上实现了碟状飞行器的姿态估计。……