Адаптивная фильтрация Калмана, обнаружение и идентификация отказов для оценки ориентации космического аппарата

Будущие космические миссии требуют беспрецедентно высокого уровня автономности, надежности и точности, что повышает требования к системам обнаружения, идентификации и компенсации отказов (FDIC) космических аппаратов. Рассматриваются задачи определения ориентации космического аппарата (AD), а также обнаружения и идентификации отказов (FDI) датчиков и исполнительных органов путем разработки: 1) нелинейного расширенного фильтра Калмана (EKF), не требующего приближения малых углов; 2) метода оперативной настройки ковариаций шумов; и 3) многогипотезного расширенного фильтра Калмана (MEKF) для обнаружения и идентификации отказов датчиков (гироскопа, звездного датчика) и исполнительного органа (двигателя ориентации). Нелинейный EKF разработан для определения ориентации с использованием угловых скоростей, кватернионов и смещений гироскопа в качестве переменных состояния. Показано, что он обеспечивает более точные оценки углов ориентации и может применяться для обнаружения и исключения ошибочных измерений гироскопа и звездного датчика. Подход MEKF используется для обнаружения и идентификации отказов гироскопа, звездного датчика и двигателя ориентации. Отказы гироскопа обнаруживаются и идентифицируются быстрее всего, за ними следуют отказы двигателя ориентации и звездного датчика.