49、非合作目标运动参数估计与状态滤波方法研究

非合作目标运动参数估计与状态滤波方法研究

1. 引言

在非合作空间目标的在轨服务中，准确估计目标的运动参数和状态是关键前提。此前，研究人员已提出多种运动参数估计方法和角度滤波器设计方法。本文聚焦于非合作空间目标的运动参数和状态估计，通过分析其运动特性建立方程，并提出基于最小二乘法的参数估计方法，利用误差状态卡尔曼滤波器（ESKF）进行姿态滤波和角速度估计，最后通过仿真实验验证方法的有效性。

2. 非合作翻滚目标运动特性分析

非合作翻滚目标处于太空微重力环境，可忽略外部扭矩影响。它在空间中做章动运动，动量矩轴在空间固定，绕最大惯性轴以恒定角速度自旋，同时自旋轴绕角动量轴旋转。根据欧拉动力学方程有：
[
\frac{dH}{dt}+\omega\times H = 0
]
其中 (H) 为目标动量，(\omega) 为目标角速度。目标惯性矩阵 (I = diag([I_x, I_y, I_z]^T))，角速度 (\omega = [\omega_x, \omega_y, \omega_z]^T)。将矩阵形式转化为标量形式可得：
[
\begin{cases}
\frac{d\omega_x}{dt}+k_x\omega_y\omega_z = 0 \
\frac{d\omega_y}{dt}+k_y\omega_x\omega_z = 0 \
\frac{d\omega_z}{dt}+k_z\omega_x\omega_z = 0
\end{cases}
]
其中 (k_x=\frac{I_z - I_y}{I_x})，(k_y=\frac{I_x - I_z}