航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb.152023Vol.44No.3ISSN1000-6893CN11-1929/V526120-1考虑有色噪声影响的脉冲星导航2级强跟踪差分滤波器许强*，崔洪亮，丁邦平，赵爱罡，赵阳青州高新技术研究所测试控制系，潍坊262500摘要：为提高X射线脉冲星导航对有色噪声及太阳系内星历误差的鲁棒性，设计了2级强跟踪差分滤波器（TSTDKF）。首先在分析导航原理基础上，导出了中心天体星历误差对导航结果的误差传递关系，并利用扩展卡尔曼滤波器（EKF）进行了仿真验证；在同一运行轨道上，又结合引力摄动模型对第三天体引力摄动数据进行了分析，证明该部分噪声为有色噪声。根据以上结论，将普通2级卡尔曼滤波器（TKF）的无偏滤波器设计为一种改进的差分卡尔曼滤波器以降低有色噪声对导航系统的影响，同时又在其独立偏差滤波器中根据观测残差构建了多重自适应调节因子以增强其跟踪性能，两者共同构成TSTDKF的2个并行滤波器。通过仿真实验证明，TSTDKF的位置误差性能最大可比EKF和TKF改进56.49%和35.18%，速度误差性能改进27.66%和17.07%；对星历误差的跟踪效果也整体好于TKF。关键词：星历误差；有色噪声；2级卡尔曼滤波器；差分卡尔曼滤波器；强跟踪卡尔曼滤波器中图分类号：V324.2+4文献标识码：A文章编号：1000-6893（2023）03-526120-13X射线脉冲星是一种能够周期性发射稳定X射线脉冲信号的中子星［1］。利用这一脉冲信号实现定位、授时功能的导航方法称为X射线脉冲星导航。它相比于传统的惯性导航、无线电导航和星光导航等导航方式具有累积误差较小、潜在应用情景广泛、信号不易受地面干扰源和天体运动影响、兼具授时功能等优点。目前已经有大量的国内外学者研究了其在近地卫星导航任务和地月轨道转移、火星探测等行星际探测任务中的应用问题［2-4］。根据相关原理，X射线脉冲星导航需要使用到包括中心天体在内的众多太阳系天体的星历数据［5］。而以近地卫星为例，目前已发表的相关文献证明1km的地球轨道误差就会对导航结果带来将近千米级的定位误差［6-7］。所以X射线脉冲星导航技术的应用对太阳系内天体的星历数据精度提出了较高要求。此外，目前绝大多数的研究文献均将导航滤波器模型中的过程噪声与观测噪声认为是高斯白噪声［8-11］。过程噪声主要为除中心天体外其他天体对航天器的摄动影响，而观测噪声为探测器对X射线光子的探测噪声。实际上，这2部分噪声在天体运动等各方面因素的影响下不仅很难保证为白噪声，而且两者间还可能存在相...
