基于H∞滤波的GPS／INS全深组合导航系统研究

根据H∞鲁棒滤波理论，提出了基于H∞滤波技术的GPS／INS全深组合导航系统，该系统仅含有位置误差，速度误差和平台误差角9维状态，并利用伪距，伪距率和载波相位观测信息对全部状态进行观测，组成全深组合导航系统，由H∞滤波来提高系统的鲁棒性，文中对提出的组合系统了动态仿真，仿真结果表明，该系统结构简单，状态估计精工高，系统鲁棒性好，便于工程实现。     

基于交互式多模型鲁棒滤波的目标机动估计算法

针对雷达导引头的测量信息带有闪烁噪声的问题，研究了交互式多模型和鲁棒滤波在雷达导引头目标机动估计中的应用.采用Huber Based滤波理论改进高阶容积卡尔曼滤波，提出高阶容积鲁棒滤波算法，选取Singer模型、“当前”统计模型、常加速度模型作为目标机动模型，建立雷达导引头测量模型，结合交互式多模型算法框架，设计目标机动估计滤波器.蒙特卡洛数字仿真结果表明，所提算法的鲁棒性较强，与传统高斯滤波相比，所提算法对闪烁噪声具有更高的滤波精度.     

鲁棒滤波技术在脉冲星导航中的应用

  提出将鲁棒扩展卡尔曼滤波(REKF)用于增强X射线脉冲星导航系统克服星表误差影响的能力。指出星表误差可以看作模型不确定性的一部分,采用鲁棒滤波技术进行处理。对REKF和传统扩展卡尔曼滤波(EKF)的性能进行对比。仿真结果表明,存在星表误差的情况下,采用REKF算法进行航天器导航,能够获得优于EKF的定位精度。     

一种非线性不确定系统的鲁棒H∞滤波方法研究

考虑EKF滤波方法的线性化过程对估计误差的影响,提出一种非线性不确定系统的鲁棒H∞滤波方法．基于H∞理论,该算法将滤波模型和观测模型在线性化过程中所产生的误差作为系统的不确定部分,力求此误差对导航精度的影响最小,并且利用李亚普诺夫方法证明了该滤波算法的稳定性．利用所提算法对月球环绕段自主导航系统进行滤波估计,仿真结果证实了算法的有效性．     

基于轨迹线性化方法的近空间飞行器鲁棒自适应控制

研究一种新的近空间飞行器鲁棒自适应飞行控制系统设计方案。利用单隐层神经网络的函数逼近能力和被控对象分析模型的有用信息构建一种单隐层神经网络干扰观测器,用以在线估计系统中存在的不确定性,具有自适应调节能力的鲁棒控制器用以克服估计误差。将所得单隐层神经网络干扰观测器与轨迹线性化方法结合形成新的非线性系统鲁棒自适应控制方案,严格的理论证明在给定的自适应调节律作用下闭环系统所有误差最终有界。该控制方案被用于近空间飞行器飞行控制系统设计,高超声速飞行条件下的仿真结果表明该方法不仅有效,而且能够提供高精度、高稳定度的控制性能。     

DS/FH混合系统鲁棒自适应抗干扰技术

根据鲁棒估计理论,采用一种基于广义M估计的自适应滤波器消除DS/FH混合扩频系统中的部分带宽干扰,并推导了鲁棒自适应算法.比较了2种M估计中常用的ψ函数的性能:Huber函数(Huber function)、三权重函数(Tri-weight function).Monte Carlo 仿真结果表明,采用鲁棒自适应滤波器的DS/FH系统抗非稳态干扰性能显著提高,且具有拒绝特性的三权重函数性能明显优于Huber函数.      

高超声速滑翔飞行器的分散鲁棒姿态控制

根据高超声速滑翔飞行器的任务和特点,并考虑一阶执行器动态,建立了面向控制系统设计的飞行器姿态模型.针对模型的结构,结合分散控制和滑模变结构控制的思想设计了再入飞行段的分散鲁棒姿态控制器:采用Tornambe控制方法进行了分散鲁棒滑模面的设计,使得系统能够克服耦合及非匹配不确定性的影响实现性能优良的滑模运动;采用改进的时间次优控制方法实现了二阶滑模变结构控制律的设计,通过在线估计等效控制削弱了抖振.为验证控制器的设计,在Simulink中以某概念高超声速滑翔飞行器为对象,进行了分散鲁棒姿态控制系统和制导系统的联合仿真,仿真结果表明在存在大不确定性的情况下,可以实现对制导指令的鲁棒稳定跟踪.     

电静液作动器自调节积分鲁棒运动控制

针对电静液作动器系统中存在的匹配干扰及不匹配干扰,基于扩张状态观测器,设计了一种自调节积分鲁棒控制方法。首先设计扩张状态观测器估计系统的匹配不确定性并且进行前馈补偿;然后设计自调节积分鲁棒控制器分别处理系统的不匹配干扰和状态估计误差,实现了电静液作动器的渐近跟踪控制;最后通过仿真验证了该控制方案的有效性。结果表明：相较于传统的PID控制器,该控制器的跟踪误差约为0.2mm,控制精度达到0.4%左右。     

多变量气动伺服弹性系统的鲁棒稳定性研究

根据现代控制理论,对多输入-多输出气动伺服弹性系统的鲁棒稳定性进行研究.分别采用小增益原理和最小奇异值理论两种方法,对涉及飞行器互相耦合的横滚和偏航回路的控制系统进行分析,得出了气动伺服弹性系统抵抗建模误差、保持鲁棒稳定的范围.这两种方法都分别给出了稳定性判据,根据判据可以确定其鲁棒稳定性(或稳定裕度).作为系统扰动的表达形式,文中还对系统不确定性矩阵进行了描述.算例是在某ACT战斗机的计算模型上完成的,两种方法的计算结果取得了一致.      

一种适用于星间测距网的抗差方案设计

主要讨论了利用星间测距进行星座自主导航的导航算法设计,考虑系统的自主性,算法必须具有检测错误节点和抵抗粗差的能力。为此,文章通过分析星间测距网的特殊性,提出一种以抗差最小二乘为基础,适用于星间测距网的抗差方案。根据失效节点和观测粗差对残差影响的差异,提出分步处理的方法。通过算例比较几种常见抗差方案,验证了文中设计的抗差方案的有效性。     

A variational Bayesian-based robust adaptive filtering for precise point positioning using undifferenced and uncombined observations

In the application of precise point positioning (PPP), especially in the dynamic mode, the classical Kalman filter (KF) usually produces a large number of estimation errors or diverges when there are gross errors in the observation data or unexpected turbulences occur in target motion state or both of them. For such problem, a variational Bayesian (VB)-based robust adaptive Kalman filtering (VB-RAKF) is proposed in this paper. This filter introduces a classification robust equivalent weight function to resist observation gross error and the inverse Wishart prior to model inaccurate process noise covariance matrix (PNCM). To improve the instantaneous accuracy of state estimation, the VB approach is used to obtain better estimations of inaccurate PNCM. Several sets of observation data collected by IGS reference stations and vehicles are employed to check the robustness and positioning accuracy of the VB-RAKF model. The results show that the VB-RAKF algorithm is more robust than the KF, and can effectively resist the gross error in observation data and control state disturbance. In the IGS reference station tests, when compared to the KF, the static positioning accuracies of the VB-RAKF in the north, east and up directions are improved by 13%, 8% and 22%, respectively, and the simulated dynamic positioning accuracies of the VB-RAKF in the north, east and up directions are improved by 19%, 9% and 21%, respectively. The in-vehicle dynamic test verifies that the VB-RAKF outperforms the KF, and shows that the VB-RAKF has better performance than the KF when dealing with observation data which has obvious gross errors, and similar performance as the KF when gross errors are small.     

一种基于两级EKF的9D-MIMU/GPS微型无人机组合导航系统的鲁棒性设计

本文提出了一种基于两级EKF的9D-MIMU/GPS微型无人机组合导航系统的鲁棒性设计,针对磁强计在低成本微型无人机上应用时容易受到外界干扰,并影响导航系统其它状态量的准确估计的问题,解决了磁强计本身的制造误差、外界硬铁误差、软铁误差以及磁倾角等对导航系统的影响。实验表明,本文的设计能够有效校正磁强计原始测量数据中所包含的误差,并达到与商业导航模块相近的导航状态估计精度。     

卫星精密轨道抗差估计的研究

建立了卫星精密轨道抗差估计批处理的模型，给出了抗差估计权函数、影响函数等方面论述了抗差估计批处理的抗差性，从理论上说明了抗差估计批处理能充分利用有效观测，限制了利用可用观测，排除了有害粗差影响，得到了正常模式下的最佳估值；给出了抗差估计批处理的计算步骤；应用激光测距数据对Lageos卫星进行了精密定轨，结果表明，抗差估计比经典最小二乘估计得到的卫星轨道更稳定，由实际情况进一步说明了抗差估计批处理具有明显的抗差性。     

一种巡视器惯性/视觉组合导航新方法

在以运动参数误差为状态量、视觉导航与惯导导航相对运动参数差为观测量 的传统惯性/视觉组合导航方法中, 为解决相对运动参数同时与前后两个时 刻状态相关的问题, 采用将前一时刻位置和姿态误差增广到状态量中的方法, 并且假设增广的状态量为常值, 导致状态模型中引入了较大的误差. 基于 真实位置、姿态建立观测量误差模型, 导致观测量同时与前后两个时刻的状 态相关. 本文以惯导误差方程为状态模型, 采用四元数差形式的相对运动 参数差作为观测量, 基于上一时刻组合导航位置、姿态估计值建立观测量误 差模型, 实现了状态的增广, 并使得量测信息仅与当前时刻的位置误差和平 台失准角相关, 克服了状态模型误差较大的问题. 月面仿真和地面模拟实验 均表明, 该方法能够达到较高的位置和姿态估计精度.      

基于线性协方差方法的交会对接误差分析

将线性协方差分析方法和蒙特卡罗仿真相结合,按交会任务和飞行特征把交会过程分为变轨飞行、自由飞行和中途速度修正三种特征段,研究了状态误差的传播规律和交会过程中各种误差对交会对接精度的影响。在变轨飞行段,分析了追踪航天器的姿态误差、控制系统性能状态估计误差,以及目标航天器轨道摄动对状态误差传播的影响。在自由飞行段,分析了追踪航天器估计状态误差的先验值和测轨误差对状态误差传播的影响。在中途速度修正段,分析了追踪航天器姿态误差和控制系统性能误差对状态误差传播的影响。仿真结果表明,误差分析方法设计合理,可以指导交会对接的轨道设计工作,能对已经设计好的交会策略进行误差分析和设计验证。     

Central difference predictive filter for attitude determination with low precision sensors and model errors

Attitude determination is one of the key technologies for Attitude Determination and Control System (ADCS) of a satellite. However, serious model errors may exist which will affect the estimation accuracy of ACDS, especially for a small satellite with low precision sensors. In this paper, a central difference predictive filter (CDPF) is proposed for attitude determination of small satellites with model errors and low precision sensors. The new filter is proposed by introducing the Stirling’s polynomial interpolation formula to extend the traditional predictive filter (PF). It is shown that the proposed filter has higher accuracy for the estimation of system states than the traditional PF. It is known that the unscented Kalman filter (UKF) has also been used in the ADCS of small satellites with low precision sensors. In order to evaluate the performance of the proposed filter, the UKF is also employed to compare it with the CDPF. Numerical simulations show that the proposed CDPF is more effective and robust in dealing with model errors and low precision sensors compared with the UKF or traditional PF.     

可容忍信标误差的三维传感网节点定位方法

针对信标位置存在误差情况下的三维无线传感器网络节点定位问题,提出一种基于正交回归的多跳定位方法.同时考虑到自变量误差和因变量偏差对节点坐标估计的影响,基于约束加权正交回归参数估计准则,建立可容忍信标位置误差的三维多跳定位模型,解决了信标位置和距离估计两方面的误差并存时的节点自定位问题,并给出求解节点坐标最优值的数值方法;推导出相应的坐标估计精度评估标准3D-MCRB (3D Multi-hop Cramér-Rao Bound).仿真结果表明:此方法对信标位置误差和距离估计误差都具有较好的抑制能力,在大多数实验条件下,能将定位精度提高10%以上.     

脉冲星方位误差估计的两步卡尔曼滤波算法

为了克服钟差和卫星位置误差对脉冲星方位误差估计的影响,设计了两步卡尔曼滤波（TSKF）算法。首先,介绍了脉冲星方位误差估计的传统模型,并通过分析和仿真验证了钟差、卫星位置误差以及2种误差同时存在时会使脉冲星方位误差估计结果产生较大偏差。其次,在传统的估计模型中加入了钟差和卫星位置误差,并将钟差和钟差变化率增广为新的状态量,从而推导出包含2种误差的新模型,并证明了该模型的完全可观测性;根据该模型并按照两步卡尔曼滤波原理,得到了TSKF算法的步骤。最后,通过仿真表明:在钟差和卫星位置误差同时影响下,传统脉冲星方位误差估计算法偏差较大且发散;TSKF算法则能够有效隔离2种误差的影响,使赤经和赤纬误差估计达到0.2 mas之内的精度。      

微小卫星鲁棒自适应姿态确定算法

基于磁强计测量的微小卫星姿态确定系统中,由于状态方程和测量方程均为轨道参数的函数,因此在轨道估计存在误差的情况下,标准的扩展卡尔曼滤波算法（ExtendedKalmanFilter,EKF）并不能获得姿态的最优解。针对轨道确定误差对姿态确定的影响,基于自适应滤波及鲁棒估计原理,提出了鲁棒自适应卡尔曼滤波（RobustAdaptiveKalman Filter,RAKF）算法。该算法通过构建合理的膨胀因子和自适应因子,自动调节观测噪声方差矩阵和一步预测方差矩阵的大小,从而改变旧有数据及观测信息在滤波中的权重,获得更合理的卡尔曼增益,使滤波器获得近似最优结果。基于标准卡尔曼滤波的稳定性理论,证明了若系统一致完全可控并且一致完全可观,该滤波器是一致渐近稳定的。数学仿真表明,与EKF相比,RAKF能够将欧拉角估计精度从0.3°提高到0.2°,从而证明了该算法的有效性。