● 摘要
本论文旨在以“十一五”国家“863”计划重点项目“卫星监测与实验技术集成与验证系统”为背景，针对微纳卫星用微型GPS接收机、集成轻型光学敏感器和微机械陀螺器件精度低，难以精确建模以及现有的组合导航方法的精度需要进一步提高等问题，研究微纳卫星组合定位定姿新方法，以提高其精度，本论文的研究对于我国微纳卫星技术的发展与应用具有理论意义和实用价值。首先，研究了微纳卫星位置确定的新方法。针对微纳卫星体积小，重量轻以及受摄动力影响明显，从而难以精确建模的问题，提出一种采用非线性模型预测滤波与扩展卡尔曼滤波组合的估计方法。采用非线性预测模型滤波来估计轨道动力学模型误差，提高了微纳卫星建模精度，并采用EKF来估计位置速度状态确定微纳卫星位置。仿真结果表明，该方法提高了微纳卫星位置确定精度。其次，研究了确定性算法方面的微纳卫星姿态确定新方法。为了提高容错性和克服单矢量难以定姿的问题，提出了一种递归Euler-q算法，该方法利用了过去观测量，使用当前时刻观测量修正姿态，并用渐消因子来优化过去观测量对当前时刻的影响。仿真结果验证了该算法的容错性和单矢量定姿的能力。在状态估计算法方面，针对微纳卫星姿态确定系统的非线性，设计了一种基于Unscented卡尔曼滤波和最优REQUEST的双重滤波器，利用Unscented卡尔曼滤波处理其模型的非线性，并与最优REQUEST相结合，对陀螺误差进行补偿，提高了姿态估计的精度；针对姿态确定系统的动态模型误差，研究了模型预测滤波器，有效地解决了姿态确定系统的模型估计问题，仿真结果表明，上述两种方法修正了模型误差，提高了系统的定姿精度。最后，研究了基于嵌入式系统的定位定姿算法实现，将星图识别算法、确定性算法（QUEST）和滤波（EKF）算法移植到以TMS320C6711 DSP处理器为核心的嵌入式系统中，并完成了算法的调试，其结果表明算法功能良好，具有可行性。