深空站大气折射修正模型建模及试验验证

针对现有对流层大气折射模型在特定地区适应性不强的问题,基于电波大气折射效应原理及经典大气模型,分析了对流层大气折射误差估计模型及其投影函数,用历史气象数据分析了某地区气候特点,证明了修正模型在该地区应用的可行性。然后,利用多项式拟合方法得到了深空站地区大气折射统计模型,利用非线性回归方法得到了深空站地区大气折射修正量的解析近似模型。最后,用实测数据对以上两个修正模型进行了试验验证。验证结果表明,统计模型稳定可靠,解析近似模型测量精度高,能够满足不同条件下深空测控及VLBI观测中电波折射修正的需求。     

高空长航时无人机高精度自主定位方法

针对传统基于轨道动力学模型及非线性滤波进行间接敏感地平天文导航定位方法在实际应用中的局限性,提出了一种适用于高空长航时无人机自主导航定位的快速间接敏感地平天文解析定位新方法。分析了星光折射视高度天文量测的机理,导出天文三维定位的解析表达式,详细阐述了利用最小二乘微分校正法代替非线性滤波的天文定位方法,通过直接求解非线性量测方程组即可得到飞行器的精确位置信息,并对这种定位方法的定位精度进行了理论分析。该天文定位方法利用了星光折射间接敏感地平精度高的特点,又不需要飞行器动力学模型也不需要任何先验知识,算法简单可靠,计算量小,而定位精度与传统方法相当。最后,通过计算机仿真,验证了这种天文定位方法的有效性。     

舵机电位器的反馈位置误差补偿方法研究

舵机因电位器基准电压线性误差以及负载效应非线性误差等因素产生反馈位置误差,易造成导弹在发射、大机动飞行时控制效率降低,甚至影响到控制系统回路的稳定性。在电位器等效电路模型的基础上,对两类误差产生机理展开了深入研究,提出了一种舵机电位器的反馈位置误差补偿方法,实现了舵面偏角的有效修正。实验结果验证了该反馈位置误差补偿方法的正确性和有效性。     

SINS制导工具误差补偿研究

 针对现有SINS制导工具误差模型不能满足“天地一致性”的问题，提出了基于实际弹道数据的SINS制导工具误差补偿方法，即首先建立SINS制导工具误差模型，然后采用改进的特征值有偏估计方法(LRE)估计具有复共线性特性的误差模型，最后利用该误差模型对捷联惯性仪表进行误差补偿。半物理仿真试验的结果表明，高度通道的最大测量误差由补偿前的52米降低到补偿后的8米，其余通道的补偿效果类似。这证明了该误差模型的正确性和估计方法的有效性，为将来SINS制导工具误差补偿和提高SINS制导精度提供了充分的依据。     

北斗单点定位的误差补偿方法

北斗是我国自主研制的卫星导航定位系统,当前北斗的单点定位精度优于10m。为提高该系统的定位精度,必须对由其误差源引起的定位误差进行修正。基于对北斗卫星导航系统的组成、定位算法及定位误差的认识,对导航系统定位中星历误差、电离层误差和对流层误差进行了深入分析,提出了减小星历误差的曲面模型、减小电离层误差的双频组合消电离层模型和减小对流层误差的高精度区域融合模型的单点定位误差补偿方法,并应用Matlab软件对修正模型方法进行仿真计算。对比修正前后的定位结果,修正后的定位误差更小,证明了所提出的修正模型是可行的。     

考虑关节回差的工业机器人精度补偿方法

工业机器人由于绝对定位精度低的缺点一直难以应用于航空航天高精制造领域。影响机器人定位误差的因素较多,对精确建立其误差模型提出了严峻的挑战。现有的建模方法通常将机器人定位误差与其位姿关联,忽略了同一位姿下关节回差对其定位误差的影响。为提高工业机器人绝对定位精度,提出了一种考虑关节回差的工业机器人误差相似度精度补偿方法。基于改进的Denavit-Hartenberg模型建立了包含机器人几何误差、坐标系误差和传动误差的综合辨识模型,利用最小二乘法辨识了关节回差。根据辨识得到的关节回差等参数构建了误差相似度模型,使用3种型号的机器人验证了该方法对提高机器人绝对定位精度的可行性和通用性,最终通过KUKA KR500-3机器人进行了制孔试验验证。试验结果表明,该方法相较于传统方法将机器人定位误差降低了约0.1 mm,精度提高了30%以上,制孔孔位精度从0.701 mm提升至0.134 mm,为有效提高工业机器人的绝对定位精度提供了一种技术手段。     

电波折射误差实时修正方法研究

目前的实时弹道处理过程中,由于获得探空气象数据比较困难,电波折射误差均采用各种简化方法进行计算,因而大气折射误差计算的精度不高,修正效果不佳。针对这种现状,本文提出了基于双指数模型的射线瞄迹法计算大气折射误差。试算结果表明,该方法的计算精度与事后数据处理所采用的电波折射误差修正方法相当,且能够满足实时处理的时间要求。     

ECEF坐标定位下极区格网惯导误差算法研究

极区飞行格网惯性导航方式能够较好地解决由于极区子午线在极点汇聚收敛所导致的传统惯导系统定向丢失、定位误差剧增的问题,但其以经纬度及高度的定位方式在极区高纬度地区依然存在过极点时刻明显跳变误差的现象,推导并采用的基于地心地固(ECEF)坐标系表示的极区格网惯性导航误差模型旨在解决此类跳变现象,提高导航定位精度,且模型可方便用于组合导航算法设计;通过仿真验证,忽略惯性器件误差条件下,基于ECEF坐标定位的导航误差规律同常规力学编排误差一致合理,可满足导航需求。     

对流层大气折射误差的微波辐射计修正

目前,雷达的目标跟踪定位、卫星的测控定轨等对大气折射误差高精度修正的要求越来越高。针对传统大气折射误差修正方法的成本高、实时性差等问题,研究利用对水汽和液态水含量敏感的双通道微波辐射计测得的辐射亮温来反演大气折射率的方法。对微波辐射计的反演结果和探空数据的结果进行比较,计算不同海拔高度上反演的平均偏差和均方差,发现利用微波辐射计反演得到的折射率剖面与探空值吻合较好,验证了此方法的可行性。同时介绍了微波辐射计新的定标方法和微波辐射计对于水平不均匀大气的折射误差修正方法。     

一种制导误差分离的新方法

针对制导误差分离模型中环境矩阵S存在严重病态性,从而影响分离结果精度问题,提出了一种基于动力系统求解的制导误差分离方法。该方法从分析线性迭代求解方法入手,将具有病态特性的线性方程组求解问题转化为对相应刚性动力系统的求解问题。这里给出了该方法收敛性及其他特性的证明。为了验证该方法效果,在遥外测视速度误差分别为0.01m/s、0.02m/s以及0.03 m/s的条件下,选用PB(Primary Bayesian,主成分贝叶斯)估计方法与其进行比较,数值结果表明,该方法可有效地降低环境矩阵病态性对误差分离结果的影响,且分离结果的稳健性和精度都优于PB估计方法得到的结果。     

A Celestial Analytic Positioning Method by Stellar Horizon Atmospheric Refraction

This article, in allusion to the limitation of conventional stellar horizon atmospheric refraction based on orbital dynamics model and nonlinear Kalman filter in practical applications, proposes a new celestial analytic positioning method by stellar horizon atmospheric refraction for high-altitude flight vehicles, such as spacecraft, airplanes and ballistic missiles. First, by setting up the geometric connexion among the flight vehicle, the Earth and the altitude of starlight refraction, an expression for the relationship of starlight refraction angle and atmospheric density is deduced. Second, there are produced a novel measurement model of starlight refraction in a continuous range of altitudes (CRA) from 20 km to 50 km on the basis of the standard atmospheric data in stratosphere, and an empirical formula of stellar horizon atmospheric refraction in the same altitudes against the tangent altitude. Third, there is introduced a celestial analytic positioning algorithm, which uses the least square differential correction instead of nonlinear Kalman filter. The information about positions of a flight vehicle can be obtained directly by solving a set of nonlinear measurement equations. The stellar positioning algorithm adopts the characteristics of stellar horizon atmospheric refraction thereby removing needs for orbit dynamics models and priori knowledge of flight vehicles. The simulation results evidence the validity of the proposed stellar positioning algorithm.     

一种基于三维到达角的无偏伪线性卡尔曼滤波

为了解决大场景下基于三维到达角的目标跟踪问题，提出了一种具有无偏性的伪线性卡尔曼滤波。首先，基于三维到达角信息对目标运动模型与量测模型进行建模；之后，对量测模型进行了伪线性化处理，得到了线性形式的目标量测模型。为了解决伪线性卡尔曼滤波存在的有偏性问题，提出了一种结合EKF（extend Kalman filter）的三维伪线性无偏卡尔曼滤波。仿真实验表明，该模型能够对非机动目标与机动目标有效跟踪，对于百公里级别的目标，当角测量误差从0.1°变化到0.5°，算法在仿真时间结束时均能将绝对位置误差降低至10 km以内，且算法的运行速度与EKF为同一个量级，同时兼顾了抗干扰能力、定位跟踪精度、运行效率的要求，能够为大场景下的目标跟踪提供有效方法。     

捷联航姿传感器的误差补偿标定方法

磁航向传感器作为机载设备,它的工作情况与载体环境的影响有着密切的关系,测得的磁航向角存在着较大的误差,不能直接用来进行导航定位。所以,必须对其进行误差补偿,提高磁航向角的测量精度,才能用于导航定位。罗差是磁阻罗盘的主要误差源,文中介绍了罗差方程式,并重点推导了基于最小二乘法的七参数八位置误差标定方法。基于该方法的磁航向补偿算法的性能试验结果证明,磁航向误差基本维持在0.5°左右,满足了精度的要求。     

一种无卫星辅助的制导弹药滚转角误差修正算法

针对海军舰载制导弹药MEMS惯导系统在卫星失锁后滚转角误差较大的问题，提出了一种不依赖卫星的制导弹药误差修正算法。根据弹体高速旋转时的定轴性使得短期内弹体侧向位移为零的特点，建立了弹体发射坐标系导航误差方程。利用自适应扩展Kalman滤波估计与修正卫星失效条件下的滚转角误差。为了检测并抑制量测突变引起的随机误差，使用自适应因子来调整滤波器参数。车载模拟试验和弹道仿真结果表明，10s对准时间内，滚转角误差能够收敛到0.5°以内，满足制导弹药控制精度的要求, 降低了制导弹药飞行过程中对卫星导航的依赖，提高了系统的自主性。     

Installation error calibration for MEMS angular measurement system in hypersonic wind tunnel

The accuracy of model attitude measurement has an important impact on wind tunnel test results. Microelectromechanical System Inertial Measurement Unit (MEMS IMU) provides a feasible way to measure model attitudes with high accuracy. However, the installation error between MEMS IMU coordinate system and the body coordinate system of test models can make the accuracy of the model attitude measurement decrease. In wind tunnel tests, the installation error depends on the relationship between the IMU and the model mechanism before tests. Therefore, in-field calibration in wind tunnel tests is necessary to reduce installation errors. To improve attitude measurement accuracy, the least squares quaternion calibration method based on MEMS IMU and six-position calibration procedure are proposed. High-precision three-axis turntable tests are performed. The pitch accuracy after calibration is higher than that before calibration in the angle of attack sweeping tests. The Root-Mean-Square Errors (RMSE) in the roll and yaw are within 0.01°, which are smaller than those before calibration. In the roll sweeping tests, RMSE of three attitude angles decrease significantly. In hypersonic wind tunnel tests, the pitch errors before and after calibration are within 0.05° and 0.02° in the angle of attack sweeping tests without wind. In five angle of attack sweeping tests with wind, the deviation between the mean of the pitch and the pitch after the elastic angle correction is within 0.03° and the standard deviation of five tests is within 0.01°. The proposed method is confirmed to enhance the accuracy of attitude measurement effectively, which is convenient for engineering applications.     

四种飞行器绕流的三维DSMC计算与传热分析

在地球大气层与火星大气层中,使用自己编制的DSMC(direct simulation Monte Carlo)源程序完成了四种飞行器(即Apollo,Orion,Mars Pathfinder以及Mars Microprobe)高超声速穿越稀薄气体时的三维绕流计算,给出了上述飞行器42个典型飞行工况(其中包括在地球大...     

载人航天轨道大气密度模式修正研究简

热层大气密度模式的误差,是影响载人航天定轨精度的关键因素.分析载人航天工程所用Jacchia、MSISE、DTM三类大气密度模式的误差特点,通过比较精度和稳定性,基于现有空间天气参数,选取MSISE模式作为基础模式.研究利用星载加速度计数据反演载人航天轨道大气密度的方法,以验证我国载人航天轨道实测数据的精度;同时利用天宫一号以及神舟二号、三号、四号实测密度数据,以及相应的航天测控数据,分析模式误差与地方时、纬度和高度因素之间的关系,讨论建立合适的三维误差库来存储模式误差的方法,研究平均误差修正法和加权误差修正法,建立NRLMSISE-00的误差修正模式.修正结果应用于交会对接任务,与完全不修正时模式平均11.44％的误差相比较,两种修正方法的误差均明显减小,分别为5.41％和4.99％;其中平均误差修正法和加权误差修正法在未来1天、2天、3天的修正结果的误差分别是4.06％、3.73％,6.06％、5.78％,6.13％、5.72％,表明提前1天的修正效果最好;同时比较累积1-5天的误差库滑动也可以看出,误差库累积1天的效果相对较好;比较两种方法的预测效果显示,加权误差修正法优于平均误差修正法.研究表明基于三维误差库的模式修正方法显著提高了载人航天轨道大气密度预测精度,可为交会对接等载人航天任务提供技术支持.     

面向地面无人平台的仿生偏振光定向算法

仿生偏振光定向为地面无人平台提供了一种新型的低成本、小型化定向方式。设计了一种基于微阵列式偏振光栅的仿生光罗盘,实现了一种加权平均的偏振光定向算法,分析了大气偏振模式误差、太阳位置误差、偏振光传感器误差和水平姿态角误差等因素对航向角估计精度的影响。实验结果表明,动态车载条件下定向误差小于0.5°。     

民用飞机的大气数据模块功能性分析

目前,国内外对于民用飞机大气数据系统的研究多集中于大气数据计算机和皮托管气动特性方面,而鲜有关于大气数据模块对大气数据系统提供有效数据的研究。为了研究大气数据模块对民用飞机压力管路和数据精度的影响,以机上管路和高度参数建立模型,对大气数据惯性基准系统中大气数据模块的组成结构、工作性能进行分析,得到 CRJ200、G450 和 G550 三种机型的大气测试数据,并找到造成不同误差范围的原因。结果表明：装有大气数据模块的 G450 和 G550 机型能够有效提高飞机的渗漏精度,实时反映民用飞机的大气数据信息;大气数据模块的使用对管道变形、渗漏以及数据精度等问题有重大改善,可为民用飞机大气数据系统设计提供参考。