基于扩展卡尔曼滤波的XPNAV-1卫星自主定轨算法研究

摘要

X射线脉冲星导航1号(XPNAV-1)是全球首颗脉冲星导航专用试验卫星.利用该卫星观测的单颗脉冲星数据,采用几何约束方法,能够有效抑制轨道误差增长,但存在长时间定轨发散问题.针对XPNAV-1卫星拓展试验任务及脉冲星导航后续发展需求,利用多颗脉冲星的观测数据,研究基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的卫星自主定轨算法.首先,建立该卫星的轨道力学模型和观测方程;然后,详细论述EKF滤波算法和分段式定常系统(PWCS)的可观测性分析方法;最后,通过综合分析XPNAV-1卫星的观测数据、脉冲星对该卫星轨道的覆盖性以及系统状态的可观测性,进行自主定轨算法试验.试验结果表明,基于EKF的自主定轨算法滤波过程收敛,验证了该算法的合理性和有效性.