Un filtro de Kalman de cubatura robusto, retrasado aleatoriamente y de múltiples pasos para la navegación relativa de naves espaciales
Autores: Mu, Rongjun; Chu, Yanfeng; Zhang, Hao; Liang, Hao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un filtro de Kalman de cubatura robusto, retrasado aleatoriamente y de múltiples pasos para la navegación relativa de naves espaciales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Estudio
Mediciones retrasadas
Distribuciones gaussianas contaminadas
Sistemas de navegación
Filtrado de Kalman
Filtro robusto
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio se centra en abordar el problema de las mediciones retrasadas y las distribuciones gaussianas contaminadas en los sistemas de navegación, que tienen un efecto perjudicial tremendo en el rendimiento del filtrado de Kalman tradicional. Proponemos un filtro robusto, no lineal, de múltiples pasos y retrasos aleatorios, denominado filtro de Kalman de cubatura de escalado dinámico de covarianza de múltiples pasos y retrasos aleatorios (MRD-DCSCKF). Primero, se adoptan variables aleatorias de Bernoulli para describir el sistema de medición en presencia de retrasos aleatorios de múltiples pasos. Luego, el MRD-DCSCKF utiliza el marco del filtro de múltiples pasos y retrasos aleatorios, basado en un enfoque de aumento de estado, para abordar el problema de las mediciones retrasadas. Mientras tanto, depende de un núcleo robusto de escalado dinámico de covarianza (DCS) para rechazar los valores atípicos en las mediciones. En consecuencia, el filtro propuesto puede abordar simultáneamente el problema de las mediciones retrasadas y heredar la virtud de robustez de la función de núcleo DCS. El MRD-DCSCKF se ha aplicado a simulaciones de navegación relativa de naves espaciales basadas en visión, donde se adoptan cuaterniones para representar la cinemática de actitud de la nave espacial, y la actualización de actitud se completa con cuaterniones y parámetros de Rodrigues generalizados. Las simulaciones de Monte Carlo han ilustrado que el MRD-DCSCKF es superior a otros algoritmos bien conocidos al proporcionar estimaciones de posición y actitud de alta precisión en un entorno con diferentes probabilidades de retraso y/o diferentes probabilidades de contaminación por valores atípicos. Por lo tanto, el filtro propuesto es robusto frente a mediciones retrasadas y puede suprimir valores atípicos.
Descripción
Este estudio se centra en abordar el problema de las mediciones retrasadas y las distribuciones gaussianas contaminadas en los sistemas de navegación, que tienen un efecto perjudicial tremendo en el rendimiento del filtrado de Kalman tradicional. Proponemos un filtro robusto, no lineal, de múltiples pasos y retrasos aleatorios, denominado filtro de Kalman de cubatura de escalado dinámico de covarianza de múltiples pasos y retrasos aleatorios (MRD-DCSCKF). Primero, se adoptan variables aleatorias de Bernoulli para describir el sistema de medición en presencia de retrasos aleatorios de múltiples pasos. Luego, el MRD-DCSCKF utiliza el marco del filtro de múltiples pasos y retrasos aleatorios, basado en un enfoque de aumento de estado, para abordar el problema de las mediciones retrasadas. Mientras tanto, depende de un núcleo robusto de escalado dinámico de covarianza (DCS) para rechazar los valores atípicos en las mediciones. En consecuencia, el filtro propuesto puede abordar simultáneamente el problema de las mediciones retrasadas y heredar la virtud de robustez de la función de núcleo DCS. El MRD-DCSCKF se ha aplicado a simulaciones de navegación relativa de naves espaciales basadas en visión, donde se adoptan cuaterniones para representar la cinemática de actitud de la nave espacial, y la actualización de actitud se completa con cuaterniones y parámetros de Rodrigues generalizados. Las simulaciones de Monte Carlo han ilustrado que el MRD-DCSCKF es superior a otros algoritmos bien conocidos al proporcionar estimaciones de posición y actitud de alta precisión en un entorno con diferentes probabilidades de retraso y/o diferentes probabilidades de contaminación por valores atípicos. Por lo tanto, el filtro propuesto es robusto frente a mediciones retrasadas y puede suprimir valores atípicos.