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[IEEE 2019年国际空间光学系统与应用会议(ICSOS) - 美国俄勒冈州波特兰市 (2019.10.14-2019.10.16)] 2019年IEEE国际空间光学系统与应用会议(ICSOS) - 利用ARQ协议实现大气链路可靠高速光通信演示

DOI：10.1109/ICSOS45490.2019.8978989 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 基于四元数的姿态无迹卡尔曼滤波器采用小角度近似参数化四元数误差，并应用于状态向量包含姿态四元数和陀螺仪偏置向量的滤波器中。通过大量蒙特卡洛数据评估该滤波器在低轨航天器"空间丢失"模拟场景下的性能——该场景仅处理三轴磁强计与陀螺仪测量数据。研究发现：当真实陀螺仪偏置较小且其初始不确定性较小时，该滤波器在此场景下表现出强鲁棒性、高精度和快速收敛特性，通常仅需半个轨道周期即可达到0.1度的姿态精度。滤波器收敛性显著依赖于真实陀螺仪偏置值及初始偏置协方差。蒙特卡洛结果同时表明：相比采用相同姿态处理方法的扩展卡尔曼滤波器，该无迹卡尔曼滤波器的鲁棒性明显较弱；但相较于采用广义罗德里格斯参数处理四元数误差的另一类无?？ǘ瞬ㄆ?，其性能略优。
作者： MURTY S. CHALLA，JAY G. MOORE，DANIEL J. ROGERS
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究仅使用磁强计的航天器场景中基于四元数的姿态无?？ǘ瞬ㄆ鞯男阅?。

研究成果

基于四元数且采用小角度近似的态度无迹卡尔曼滤波器（UKF）在小陀螺仪真实偏置和小初始不确定性条件下具有鲁棒性强、精度高和收敛速度快的特点。然而其性能高度依赖于初始陀螺仪偏置协方差和真实陀螺仪偏置，在某些场景下鲁棒性不如扩展卡尔曼滤波器（EKF）。研究表明，EKF更优越的鲁棒性与UKF在最优条件下的更快收敛速度，凸显了根据具体任务需求谨慎选择滤波方法的重要性。

研究不足

无?？ǘ瞬ㄆ鳎║KF）的性能在很大程度上取决于初始陀螺仪偏差协方差和真实陀螺仪偏差。在某些条件下，其鲁棒性不如采用相同姿态方法的扩展卡尔曼滤波器（EKF）。本研究仅限于仅使用磁力计的场景，可能无法完全代表所有运行条件。

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