姿态机动时天基武器系统的传递对准技术

根据考虑弹性变形的传递对准模型和空间导航解算所需的轨道运动学模型,研究了基于Kalman滤波的角速率与姿态阵匹配的姿态机动时天基武器系统的传递对准.仿真结果表明:弹性变形对两种匹配方式的传递均有影响;与Kalman滤波相比,H∞广义平方根滤波的对准性能更优;姿态阵匹配法较角速率匹配法更为适用.     

GRACE重力反演中的轨道数值积分方法分析

首先,对比分析Runge-Kutta积分法、Adams-Cowell联合并行积分法、Gauss-Jackson积分法以及天体力学中常用的外插积分法用于GRACE卫星轨道积分及变分方程解算时的优缺点,得出Gauss-Jackson算法优于其它算法并推荐了相对较优的阶数和步长,从算法的推导过程中分析出了Gauss-Jackson算法优于其它算法的原因。其次,对比不同积分方法抵抗误差的能力,结果表明这些方法都不能有效抵抗误差的干扰;并分析初始状态向量误差和摄动力误差对轨道积分的影响,结果表明,卫星初始状态向量中的速度误差(0.1 mm/s)对轨道积分的影响大于位置误差(10 mm)对轨道积分的影响,摄动力中的随机误差对轨道积分的影响较大且无规律可循。针对GaussJackson算法中的不足,提出基于移动窗口的多项式内插算法和Gauss-Jackson算法相结合的组合方法(改进GaussJackson算法),通过模拟和实测数据的计算表明该方法在保证积分精度的前提下不仅提高了积分效率而且可以得到任意时刻的积分值。     

卡尔曼滤波在无陀螺捷联惯导系统中的应用

无陀螺捷联惯导系统仅利用加速度计就可以完成惯性测量与导航任务,应用前景广阔,然而角速度解算精度不高一直是其难以实现工程化的瓶颈问题.本文基于一种9加速度计配置方案,设计了一种削弱三轴耦合的卡尔曼滤波器,将仿真结果与其他角速度解算方法进行了比较,实验表明,该滤波法具有较高的解算精度.     

离散相似法在空-空导弹数字仿真中的应用

为满足空-空导弹火控系统解算攻击区的实时性要求，提出一种新的快速仿真方案。在六自由度弹道模型基础上进行合理有效地简化，基于瞬时平衡假设建立了导弹质心运动方程。采用时域离散相似法将导弹质心运动方程进行了离散化处理。通过传统模型、变步长积分模型、气动系数拟合模型和离散模型的仿真结果比较，表明气动系数拟合模型虽然运算速度最快但仿真精度最差，而离散模型不仅能大幅提高仿真速度，还能保证较高的计算精度，从而为空-空导弹攻击区快速解算提供了一种合理可行的方案。     

基于Gauss伪谱法的有限推力轨道转移优化

研究了Gauss伪谱法在有限推力轨道转移优化问题中的应用。首先在消除奇点的拟春分点轨道要素的非奇异摄动方程基础上,选取性能指标为能量最优,控制变量为有限推力发动机加速度的3个分量;然后,利用Gauss伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,避开了求解两点边值问题的困难;最后给出了2个算例,分别计算了同面转移轨道和异面转移轨道的能量最优化转移。计算过程及结果表明本文所用方法对初值猜测敏感度较小,且平稳收敛,具有一定的鲁棒性,转移轨道平稳光滑,能够满足各种约束条件,便于对发动机进行控制,且在零倾角零偏心率轨道情况下不产生奇异。因此,Gauss伪谱法可用来求解轨道转移优化问题。     

月球探测器LP精密定轨及月球重力场模型解算

对美国1998年发射的月球探测器LP任务阶段共19个月的双程测距测速轨道跟踪数据进行了精密定轨,对定轨结果通过轨道残差及重复弧段差异进行了精度评价。利用LP正常任务阶段三个月的轨道跟踪数据进行了月球重力场模型解算,通过重力场功率谱、轨道残差和月球自由空气重力异常对解算模型进行了精度评价。结果表明精密定轨及月球重力场模型解算合理。对进一步融合嫦娥一号轨道跟踪数据和LP数据解算自主的高精度月球重力场模型具有参考意义。
　
     

横滚-俯仰式红外成像导引头盲区跟踪控制方法研究

为解决空空导弹极坐标稳定平台在小离轴角附近的中心盲区,尤其是在小视场角时目标的可能丢失,对横滚-俯仰式红外成像导引头盲区跟踪控制方法进行了研究。建立了不同坐标系,用像平面几何方法给出了极坐标稳定平台盲区的数学描述。提出了盲区控制方法:用跟踪微分器实现不依赖于模型的预测滤波,形成含预测滤波的指令规划;用指令规划系统进行光点坐标解算、像点坐标合成、指令优化、预测滤波与规划,避免像点飞出瞬时视场。对目标始终在盲区内和跨越盲区两种运动方式进行了仿真,结果表明:前者的目标始终在导引头视场内,后者的失调角更小,可用适当的控制律保证导引头不丢失目标,方法合理有效。     

高阶变步长自适应均衡算法及其硬件实现

文章针对卫星高速传输的需求，提出了一种高阶变步长的自适应均衡算法。首先，通过结合高阶自适应和变步长两种均衡算法，使步长因子的大小在一定范围与理论误差呈非线性关系。然后，利用理论误差数据和步长因子的乘积，对滤波器的变量进行更新，并根据更新变量值对滤波器系数进行修正，从而实现对信道的非线性自适应均衡。最后，对所提算法进行了仿真分析，并通过硬件实现进行了性能验证。硬件测试结果表明：与低阶定步长均衡算法相比，该算法可实现2dB~3dB的解调性能的改善，显著提升了系统性能。     

基于序优化理论的晕轨道转移轨道设计

利用晕轨道的稳定流形可以设计从地球到晕轨道的转移轨道。但由于小幅度晕轨道的稳 定流形与地球停泊轨道无法相交,因此需采用两脉冲转移。微分修正法是求解两脉冲转移常 用的优化方法,虽然收敛速度快,但很难获取全局最优解,而且收敛半径小,如果初始猜想 与最优解相差很远,该方法可能会不收敛。将序优化理论与微分修正法相结合,利用序优化 思想缩小搜索空间,得到足够好的初始猜想,然后利用微分修正法快速收敛到满足终端精度 要求的解。仿真结果表明该方法有很好的收敛性,且计算量小。
     

一种遥感器光轴微振动姿态解算方法

静止轨道高光谱遥感器积分时间较长且谱段较多,成像品质受高频微振动影响较大,若要提高空间分辨率,则需准确地对其光轴微振动进行探测,并指导稳像系统进行矫正。针对光轴微振动探测问题,文章首先提出了一种将像移探测与微振动姿态解算相结合的探测方法,可对遥感器光轴沿俯仰、滚转方向高频微振动进行探测;其次以符合空间分辨率要求的遥感图像作为参考图像,基于摄影测量方法建立了一系列与参考图像存在确定光轴姿态差的测试图像,将参考图像与测试图像作为输入,并对其采样间光轴姿态差进行解算;最后对仿真结果进行了分析,由仿真结果可知该方法可以有效地对10μrad以下的光轴微振动进行探测。     

利用磁强计数据确定卫星三轴姿态的方法

针对低轨、低精度、低费用的小卫星，本文研究了仅依靠磁强计的测量数据，通过卡尔曼滤得到三轴的姿态角和角速度的算法，其次，提出了一整套验证该算法的方法，并用MATLAB完成了数值仿真。     

基于磁强计的卫星自主定轨

针对低轨小卫星 ,提出一种低成本的自主导航方法。该方法采用一个三轴磁强计作为测量手段 ,通过卫星所在位置的地磁场强度的量测值与国际地磁场模型 (IGRF)之间的差值来提供导航信息 ,利用推广的卡尔曼滤波技术来确定卫星的轨道。仿真研究的结果验证了该方法的可行性。     

基于速度增量修正的卫星入轨段外测数据定轨新方法

在传统的数值积分精密定轨方法基础上,提出基于器箭分离速度增量修正的定轨方法,实现了器箭分离前后两段外测数据的联合定轨。仿真计算结果和任务实战数据验证结果表明,该方法大大提高了地月转移轨道入轨段外测定轨精度,比传统初轨确定方法提高约一个数量级。     

利用Gauss-Markov过程的着陆小天体导航与制导方法

给出一种利用Gauss-Markov过程的自主着陆小天体导航与制导算法，来解决无法得到精确的轨道动力学模型带来的轨道确定困难问题。主要是在导航算法中，采用一阶高斯-马尔科夫过程近似着陆探测器轨道动力学中的无模型加速度，利用扩展卡尔曼滤波估计探测器的位置、速度及无模型加速度。通过数学仿真分析了给出的自主导航与制导系统的性能，并对比了采用与不采用一阶高斯-马尔科夫过程的导航滤波器性能，结果表明前者明显优于后者。     

利用TDRSS信息的单向多普勒测轨方法

介绍了利用跟踪中继卫星系统（TDRSS）信息的单向多普勒定轨技术。分析了单向多普勒测轨的基本原理和系统组成，采用扩展卡尔曼滤波（EKF）法，推导用于自主定轨算法的卫星轨道测量状态及观测方程。讨论了影响滤波精度的状态变量和动力学模型精度等多种误差源及其该方法能达到的测轨精度。     

相对轨道自主确定方法的改进

编队飞行卫星相对轨道的确定具有重要意义。本文提出一种完全自主的定轨方案,在利用星间测量信息实现编队飞行卫星自主定轨的基础上,引入太阳敏感器测量信息,利用扩展卡尔曼滤波算法提高环绕星相对轨道确定精度。仿真结果验证了这种导航方案和算法的有效性。     

利用GPS非差观测值的GRACE卫星精密定轨

参照GPS精密单点定位（PPP，Precise Point Positioning）模型设计了一种新的卫星定轨方法一组合星载加速度计测量数据和IGS提供的GPS精密星历及精密钟差数据进行低轨卫星的精密定轨。利用星载加速度计提高卫星受力模型准确性，使动力法定轨精度和可靠性都得到提升。同时，采用多种改正技术提高GPS非差观测值测量精度，保证最终高精度卫星定轨。本文建立了卫星定轨的轨道滤波模型，得出了有益的结论，即采用星载加速度计测量卫星非保守力可提高卫星定轨精度，在ITRF2000参考系下三轴精度优于18cm。这种方法不需要在全球建市基准观测站．定轨设备简单．费用低廉．     

DORIS星载实时定轨算法仿真及DSP实现

针对我国高分辨率空间对地观测专项的发展需求,文章在星载多普勒无线电定轨定位（Doppler Orbitography and Radio-positioning Intergrated by Satellite,DORIS）系统的实时定轨算法和流程验证基础上,进行了应用背景限制下的模型简化研究,用数字信号处理器（DSP）实现并验证了其星载实现的可行性和有效性。首先介绍法国星载实时定轨软件（DORIS Immediate Orbit Determination by Embarked,DIODE）及定轨原理,给出星载实时定轨算法的流程。通过网站下载的DORIS接收机搭载星数据,对星载多普勒实时定轨算法的观测量修正部分和卡尔曼滤波定轨算法进行验证。针对星载实现的计算简化要求,对算法中计算量较大的地球非球形引力摄动和章动模型进行研究,对比不同模型复杂度对定轨结果的影响,为定轨算法模型的选取提供依据。最后将移植到DSP的程序运行结果与个人计算机下的仿真结果进行了对比,验证其星载实现满足精度要求,同时运行时间满足实时性要求。对如何提高实时定轨算法的性能,文章给出了后续应用的改进方向。     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

自旋卫星姿态确定和系统偏差估计

以最小二乘为指标,应用Powell直接寻优算法,对近地轨道自旋卫星姿态确定数据进行加工处理,得出了某些系统偏差的估计值,然后再用Kalman滤波器进行滤波估计。实践证明,将此法用于可观性较弱的系统,可显著改善仅用Kalman滤波器所得的结果。