星光仰角增强XNAV仿真结果与分析

首先验证不同观测量增强XNAV的有效性。GPS_BII-04轨道下，不同观测下导航误差累积情况如图6.3所示。

图6.3　融合不同观测量情况下系统累积误差曲线

图中TOA表示计时观测，PI表示相位增量，SE表示恒星星光仰角。从图6.3可以看出，脉冲星计时观测系统的累积误差最大，滤波器收敛最慢。同时融合脉冲星相位增量信息及恒星星光仰角后，系统累积误差最小，收敛最快。融合相位增量和计时观测的系统介于两者之间。

不同观测量对系统导航精度的影响仿真结果如图6.4及表6.3所示。

图6.4　不同观测量下的导航精度曲线

从图6.4可以看出，在相同的初始误差条件下，多信息融合XNAV算法比计时观测算法收敛速度快、状态估计误差明显降低。与位置估计误差相比，速度估计误差的改善程度要小，这是因为探测器初始速度较小且变化缓慢。在前70次的迭代中，ADDF位置估计性能并不是最好。这是因为ADDF滤波器自适应过程需要迭代20次才能完成，仿真中滤波器滑动窗口的大小设置为50，所以第70次迭代时才是滤波器正常工作的开始时间，取数也应该在这之后。(www.xing528.com)

表6.3　GPS_BII-04卫星状态估计值

注：TOA：计时观测；PI：相位增量；SE：星光仰角。

从表6.3可以看出融合相位增量信息能将位置估计精度提高50%左右，速度估计精度提高25%以上；同时融合相位增量和星光仰角，位置估计精度提高70%以上，达到200m以下的位置估计精度，速度估计精度提高40%以上。

为了验证所提方法对不同导航卫星的适用性，采用相同方法对卫星ALOUETTE_1进行轨道滤波。其仿真结果如表6.4所示。

表6.4　ALOUETTE_1卫星状态估计值

从表6.4可以看出融合相位增量和星光仰角的X射线脉冲星导航系统的位置估计精度也能达到200m左右。对比卫星GPS_BII-04状态估计值，可知导航系统性能受轨道高度的影响较小，可为高中低不同轨道卫星提高导航服务，应用范围更广。