【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，屬于空間自主運行。
技術介紹
1、隨著我國航天器發射數量逐年遞增，傳統依賴地面站的運行管理方式已難以適應大規模星座運控需求，亟需突破航天器自主運行技術。自主導航是航天器通過自身攜帶的敏感器獲得位置、速度等導航信息的過程，是實現航天器自主運行的關鍵。
2、為確保自主導航過程的安全可靠，通常采用多敏感器的導航配置方案，而航天器計算資源有限，難以處理多敏感器產生的多源異構數據。此時，則需要在航天器上實現導航系統觀測能力的自主評估，進而指導導航數據的優選，在嚴苛計算資源條件下實現導航解算。對于航天器自主導航系統，其在控制器為狀態反饋控制時，屬于一類非線性自主控制系統。由此，需要研究一種非線性自主控制系統的觀測能力降維表征方法，在航天器上實現觀測能力表征，為導航系統自主運行奠定基礎。
3、傳統的非線性系統觀測能力表征方法包括微分幾何法、可觀測性分布法。其中，微分幾何法的適用前提為系統無控制或控制量為零的情況，難以適用于非線性自主控制系統；可觀測性分布方法是通過lie導數，構建系統的可觀測性分布，通過分析分布的獨立基向量個數，判斷系統的可觀測性，該方法的適用條件為：系統的控制輸入為常值或僅與時間變量關聯，因此也不適用于非線性自主控制系統。此外，微分幾何法和可觀測性分布法均涉及高維矩陣運算，難以在計算資源嚴苛受限的航天器上實現。
技術實現思路
1、本專利技術的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于
2、本專利技術的技術解決方案是：
3、一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，包括步驟：
4、s1、確定航天器的狀態方程和觀測方程；
5、s2、確定適用于所述狀態方程和觀測方程的lie導數計算規則；
6、s3、根據所述lie導數計算規則，確定能觀性分布的高階迭代算法；
7、s4、確定能觀性初始分布；
8、s5、通過能觀性分布高階迭代算法和所述能觀性初始分布，得到完整的航天器的能觀性分布，對系統狀態進行極坐標變換，得到能觀性分布的共有子空間，實現系統能觀性矩陣降維表征。
9、進一步的，所述的航天器的狀態方程為：
10、
11、其中，x為系統狀態量；t為時間變量；f0(x,t)為與系統狀態量x、時間變量t相關的非線性函數向量；fi(x,t),i＝1,…,n為與系統控制輸入關聯的函數向量；n為系統控制輸入量的維數；ti(x),i＝1,…,n為系統控制輸入量，與系統狀態相關；為系統狀態量的一階導數。
12、進一步的，所述的航天器的觀測方程為：
13、z＝[h1(x,t),…,hp(x,t)]t
14、其中，z為觀測量；h1(x,t),…,hp(x,t)為觀測函數，觀測函數與系統狀態量x、時間變量t相關。
15、進一步的，所述的lie導數計算規則為：
16、
17、其中，lfχk-1代表函數χk-1關于函數向量f的lie導數；為偏微分算子；代表函數χk-1關于函數向量f的lie導數的關于時間的微分。
18、進一步的，所述確定能觀性分布的高階迭代算法，具體為：
19、
20、其中，χk為第k階系統能觀性分布，k為大于等于1且小于系統狀態維數的整數；χk-1為第k-1階系統能觀性分布；遵循所述的lie導數計算規則；f0、f1、f2、f3、…、fn為系統狀態方程中f0(x,t)，fi(x,t),i＝1,...,n的簡寫形式，t1、t2、t3、...、tn是系統狀態方程中ti(x),i＝1,...,n的簡寫形式。
21、進一步的，能觀性的初始分布χ0為：
22、χ0＝span{dh1,…,dhp}
23、其中，算子d(·)為函數關于系統狀態量x的偏微分，span{}為子空間張成算子。
24、進一步的，所述的航天器的能觀性分布為：
25、χ＝span{χ0,χ1…,χm}
26、其中，χ表示航天器的能觀性分布；χ0為所述的能觀性的初始分布；χ1…,χm為1階至m階系統能觀性分布，m為系統狀態維數；span{·}為子空間張成算子。
27、進一步的，所述的對系統狀態進行極坐標變換，具體為：
28、
29、其中，α,β分別為方位角及俯仰角，ρ為相對距離信息，為極坐標變換后的新狀態量。
30、進一步的，所述的能觀性分布的共有子空間，具體為：
31、
32、其中，為所獲取的共有子空間，為能觀性分布分解出共有子空間后的剩余項。
33、第二方面，本專利技術還提出一種計算機程序產品，該計算機程序產品被處理器執行時實現所述的基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法。
34、本專利技術與現有技術相比的有益效果是：
35、(1)相比傳統非線性系統觀測能力表征方法，本專利技術將系統控制項納入觀測能力表征范圍，實現了對非線性自主控制系統的觀測能力表征；
36、(2)本專利技術方法在將控制項納入觀測能力表征范圍的過程中，未將系統狀態量擴維，實現了非線性自主控制系統的觀測能力降維表征，計算復雜度更低，適合在航天器上實現；
37、(3)本專利技術方法的表征過程中，未對系統狀態方程和觀測方程進行線性化處理，也無需對控制輸入進行限制，因此該方法的通用性較傳統方法更好。
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1.一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述的航天器的狀態方程為：
3.根據權利要求2所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述的航天器的觀測方程為：
4.根據權利要求3所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述的Lie導數計算規則為：
5.根據權利要求4所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述確定能觀性分布的高階迭代算法，具體為：
6.根據權利要求5所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：能觀性的初始分布χ0為：
7.根據權利要求6所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述的航天器的能觀性分布為：
8.根據權利要求7所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述的對系統狀態進行極坐標變換，具體為：
<...【技術特征摘要】
1.一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述的航天器的狀態方程為：
3.根據權利要求2所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述的航天器的觀測方程為：
4.根據權利要求3所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述的lie導數計算規則為：
5.根據權利要求4所述的一種基于共有子空間的航天器能觀矩陣輕量化表征方法，其特征在于：所述確定能觀性分布的高階迭代算法，具體為：
6.根據權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王大軼，董天舒，李嘉興，侯博文，孫博文，葛東明，鄧潤然，
申請(專利權)人：北京空間飛行器總體設計部，
類型：發明
國別省市：
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